Đề tài Nguồn ổn áp dải rộng kiểu xung ngắt mở

Lời nói đầu Nguồn ổn áp dải rộng ngày nay được ứng dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử nói chung và trong TV nói riêng, bởi nó cung cấp được nhiều mức điện áp khác nhau đáp ứng yêu cầu sử dụng của các khối chức năng trong các thiết bị điện tử với ổn định về điện áp, dòng điện rất đáng tin cậy. Nguồn ổn áp dải rộng với mức vào rất khác nhau nên được sử dụng trên toàn cầu với mỗi quốc gia có một tiêu chuẩn điện áp riêng. Nguồn ổn áp dải rộng đạt hiệu suất cao gọn nhẹ, tính năng tốt nên nghiên cứu nguồn ổn áp dải rộng là đề tài trong báo cáo tốt nghiệp này. Để hoàn thành báo cáo tốt nghiệp, xin chân thành cảm ơn Thầy Hà Quang Thanh, đã hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành công việc. Do thời gian và khả năng có hạn nên trong báo cáo sẽ không tránh khỏi sai sót. Rất mong được sự chỉ dẫn của các thầy, cô và các bạn đồng nghiệp khác để có được kinh nghiệm trong thiết kế sau này. Xin chân thành cảm ơn. SV thực hiện: Nguyễn Ngọc Kiên Lớp: CĐĐT7-K2 Chương 1: Vai trò chức năng các khối trong máy thu hình màu Trong máy thu hình màu bao gồm nhiều khối, nhiều chức năng hoạt động riêng biệt khác nhau nhưng có liên quan chặt chẽ đến nhau. Mỗi khối chức năng đảm nhiệm một công việc khác nhau nên nguồn cung cấp cho từng khối khác nhau. Song để các khối làm việc ổn định thì nguồn điện áp khác nhau cũng phải có những yêu cầu chất lượng cao khác nhau. Hình vẽ trang 7 mô tả các khối chức năng trong máy thu hình màu. 1.1. Khối lệnh Nhận tín hiệu cao tần từ ăng ten thu với các dải sóng: VHF(L): 45,25 103,25 MHz VHF(H): 138,25 224,25 MHz UHF: 471 863,25 MHz Đưa ra trung tần IF: 38 Hz Như vậy khối kênh phải phối hợp trở kháng với ăng ten thu đảm bảo độ nhạy các tín hiệu cao tần số 50-100 V. Khuếch đại cao tần, tạo dao động ngoại sai tại chỗ để phách tần, đưa ra tần số trung tần có dải thông biên độ theo yêu cầu. Để khối kênh hoàn thành các chức năng khác nhau nguồn một chiều được cấp: 12V DC cấp cho các băng sóng VHF, UHF, qua bộ chuyển mạch. 12V cấp cho khuếch đại cao tần. 0-30 V cấp cho các điốt varicap để dò sóng. Nhận các mức điện áp AGC, AFC từ trung tần đưa tới để ổn định chế độ công tác. Do vậy, để khối kênh làm việc ổn định với tất cả các dải tần thì viểc cấp nguồn một chiều đòi hỏi chính xác và ổn định cao. 1.2. Mạch khuếch đại trung tần chung Khối trung tần có nhiệm vụ khuếch đại tần số trung gian từ khối kênh đưa tới. Tần số chung cho cả đương kính và đường tiếng là 38 MHz. Với các đường tiếng: Hệ SECAM: 31,5 MHz (dải thông 6,5 MHz). 30,0 MHz (dải thông 6,0 MHz). Hệ PAL: 32,5 MHz (dải thông 5,5 MHz). Hệ NTSC: 33,5 MHz (dải thông 4,5 MHz). Đưa tín hiệu Video ra với mức chuẩn từ 1-5 Vp-p Đưa tín hiệu Audeo ra với mức chuẩn từ 350-450 mv Đưa ra các mức điện áp AFC,AGC để ổn định khối kênh. Do vậy, để ổn định chế độ công tác của khối khuếch đại trung tần về độ lớn và dải thông thì nguồn cung cấp cũng được ổn định và chính xác. Khối này thường được cấp nguồn từ 12V-24 VDC 1.3. Khối xử lý tín hiệu màu Tín hiệu trung tần sau tach sóng đưa ra tín hiệu Video được đưa tới khối xử lý tín hiệu màu. Khối này nhận dạng và khôi phục lại sóng mang màu phụ: PAL: 4,43 MHz SECAM: 4.40625-4,25 MHz NTSC: 3,58-4,43 MHz Qua mạch giải mã đưa ra 3 tín hiệu sắc ER-EY, EB -EY, EG-EY. Khối này thường được cấp nguồn từ 12 V-13,2 V 1.4. Khối mạch đèn hình Khối mạch đèn hình nhận tín hiệu sau khi khối xử lý màu đưa ra 3 tín hiệu sắc ER-EY, EB-EY, EG-EY khuếch đại đủ lớn đồng thời kết hợp với tín hiệu chói EY từ khối xử lý độ sáng đưa tới trộn tách màu để tạo ra 3 tín hiệu màu từ đài phát chuyển đi ER, EB, EG. Ba tín hiệu màu này được đưa vào catốt của đèn hình để tái tạo lại hình ảnh và màu sắc của cảnh ban đầu. Khối mạch đèn hình làm nhiệm vụ khuếch đại công suất sắc và điều chế tín hiệu màu nên thường được cấp điện áp một chiều rất cao từ 125 - 160 V để tạo ra công suất lớn đồng thời tạo ra điện thế giữa catốt và các lưới của đèn hình. Trong mạch khuyếch đại đèn hình thường có thêm các mạch tạo vạch, chữ, số. Mạch này thường được cung cấp nguồn 12 -13,2 V. 1.5. Khối xử lý tín hiệu độ sáng Tín hiệu vào khối này đưa ra sau tách sóng hình và được xử lý qua các mạch khuếch đại, thực hiện khuếch đại chói trước khi tới catốt đèn hình. Tầng khuếch đại đầu tiên thực hiện điều chỉnh độ mịn ảnh (SAHRP). Tầng khuếch đại giữa thực hiện điều chỉnh đen trắng ảnh (PICTUER). Tầng khuếch đại cuốn thực hiện điều chỉnh độ sáng ảnh (BRIGHT). Trong khối xử lý độ sáng còn có mạch giới hạn độ sáng ABL nhằm giới hạn độ sáng của đèn hình và thực hiện các chức năng xoá tia quét ngược. 1.6. Khối tách xung đồng bộ (Phân li đồng bộ) Khối này bằng các mạch vi phân tích và tích phân dạng các xung đồng bộ dòng, mành từ đài phát nén tín hiệu cao tần, chia tách đưa sang các khối chức năng: Quét dòng hoặc quét mạch 1.7 Khối quét ngang Dao động chuẩn thường được lấy từ các dao động chuẩn của thạch anh qua mạch chia tần tạo ra tần số quét ngang: Ưh = = 15625 Hz Kết hợp với xung đồng bộ ngang tới mạch công suất ngang tạo nên điện áp quét đưa tới cuộn lái ngang, lái tia điện tử từ trái sang phải cung cấp các cung cho mạch xoá tia quét ngược giải mã, nguồn. Khối này thường được cấp nguồn 90-125V. Khối này cũng tạo ra các điện áp 12 V, 24 V, 140 V và cao áp cấp cho anốt đèn hình, khối công suất quét ngang được coi như một nguồn phụ. 1.8. Khối quét dọc Các tần số dao động dọc cũng được lấy từ tần số chuẩn của thạch anh với từng tiêu chuẩn quét khác nhau tạo nên những tần số quét dọc khác nhau. Tiêu chuẩn quét hết một màn hình la 625 dòng thì tần số quét dọc là: Ư50 = = 50 Hz Với tiêu chuẩn quét hết một màn hình là 525 dòng thì tần số quét dọc là: Ư60 = = 60 Hz Tần số dọc này kết hợp với tín hiệu xung quét dọc từ đài phát đưa tới mạch công suất tạo ra điện áp lái dọc tới cuộn lái dọc của đèn hình. Khối này cấp điện áp từ 12 V tới 24 V. 1.9. Khối vi xử lý Khối này là trung tâm điều khiển mọi hoạt động của máy. Có thể nhận tín hiệu điều khiển từ xa bằng cổng hồng ngoại hoặc bằng phím bấm. Tuỳ theo kiểu máy của từng hãng nên các chức năng của máy có ít hoặc nhiều, song nguyên tắc hoạt động thường là sự biến đổi từ tín hiệu số sang tín hiệu điện áp mức để điều khiển các chức năng hoạt động của máy mà người xử dụng yêu cầu. Nguồn 5V cấp trước (Máy tắt chờ). Nguồn 5V cấp bổ sung sau khi máy đã ổn định hơn và các đường nguồn cộng trừ đối xứng cho IC nhớ hoặc 12 VDC. 1.10. Khối âm tần Khối này thực hiện khuếch đại âm tần đưa ra loa và thực hiện các chức năng khác nhằm điều chỉnh hiệu quả âm thanh. Khối này được cấp nguồn 12V hoặc lớn hơn với các mạch tạo công suất âm thanh lớn. 1.11. Khối nguồn Khối này đóng vai trò quan trọng cung cấp năng lượng cho toàn máy làm việc. Ngày nay các bộ nguồn đều được thiét kế với nguồn xung ngắt mở tạo ra dải điện áp vào rất rộng từ 90-260V. Năng lực sửa sai trong thời gian ngắn tính bằng ms nên đưa ra điện áp rất ổn định và chính xác. Do nguồn xung thiết kế với biến áp xung nên độ cách ly điện rất cao an toàn cho người sử dụng và dễ tạo ra điện áp cấp cho các khối chức năng khác nhau theo nhu cầu với hiệu suất cao và ổn định. Do vậy khối nguồn cũng quyết định đến sự ổn định và chất lượng của toàn máy. 1.12. Nhận xét: Trong các máy thu hình màu tương tự ngày nay đại đa số đều có đầy đủ các khối trên song tuỳ theo từng nhãn hiệu máy mà kết cấu có thể thay đổi ít nhiều: Các khối xử lý màu, xử lý độ sáng, tách xung đồng bộ thường được thiết kế chung một khối. Các khối kênh, trung tần cũng được thiết kế chung thành một khối. Hệ thống giao tiếp giữa các khối cũng được số hoá một phần. Hệ thống âm thanh với nhiều chức năng mạnh được tăng cường tạo cảm giác cho người sử dụng. Hệ thống màn ảnh phẳng nên có thêm các mạch sửa méo. Tóm lại: Các máy thu hình dân dụng đều có các khối mạch cơ bản trên chỉ thay đổi kết cấu theo từng kiểu máy khác nhau. Chương 2: Nguồn một chiều- phương pháp ổn áp trong dải hẹp 2.1. Các bộ nắn điện tạo điện áp một chiều 2.1.1. Nắn điện nửa chu kỳ (hình 2.1) Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý mạch nắn điện nửa chu kỳ Mạch cung cấp điện cho thiết bị có công suất thấp 1015W, độ gợn sóng yêu cầu không cao, mạch nắn điện nửa chu kỳ có đặc điểm đơn giản, chỉ dùng 1 điốt. Tụ C0 có tác dụng làm cho điện áp sua khi nắn điện bằng phẳng hơn. Hình 2.2 là đồ thị điện áp nắn ra theo thời gian có điện dung C0 và không có điện dung C0. Các tham số tính toán trong mạch nắn điện nửa chu kỳ: W = 1,21 Tần số trong các tham số trên lấy ở 50 Hz. Trong đó: U2, I2 : Lần lượt là điện áp và dòng điện hiệu dụng trong mạch thứ cấp biến áp. Ung : là điện áp ngược đặt trên điốt. W : là hệ số gợn sóng Hình 2.2. Là đồ thị dạng nắn 1/2 chu kỳ điện áp theo thời gian Hình 2.2. Đồ thị dạng nắn 1/2 bán kỳ 2.1.2. Nắn điện 2 nửa chu kỳ (hình 2.3) Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý mạch nắn điện cả hai bán kỳ Đồ thị nắn điện hai nữa chu kỳ (hình 2.4) Điện áp theo thời gian (toàn sóng) Đồ thị nắn điện hai nửa chu kỳ (hình 2.4) Điện áp theo thời gian Hình 2.4. Đồ thị nắn điện cả hai bán kỳ Các tham số tính toán cho mạch nắn điện ở chu kỳ W = 0,49 (hệ số gợn sóng) 0,49 ở tần số 100Hz 2.1.3. Mạch nắn cầu (hai nửa chu kỳ) Mạch nắn điện này biến áp ra không cần điểm giữa. Mạch nắn cung cấp dòng khá lớn, công suất của mạch từ vài chục đến vài trăm W (hình 2.5). Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý mạch nắn điện cả hai bán kỳ bằng cầu điốt Dạng sóng nắn điện (hình 2.6) Bằng cầu điốt: Điện áp theo thời gian Hình 2.6. Đồ thị dạng nắn điện cả hai bán kỳ Các tham số tính toán: Tần số tính toán là 100Hz 2.1.4. Mạch nắn bội áp (hình 2.7) Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý mạch nắn điện bội áp Thường dùng tạo cao áp cho đèn tia âm cực, anốt đèn điện sóng, đèn hình ti vi với yêu cầu dòng nhỏ hoặc các nguồn không cần dùng biến áp. Mạch được dùng trong trường hợp đặc biệt, Ví dụ: Khi yêu cầu điện áp cao mà dòng cỡ (mA). Khi dùng 1 tầng (Hình 27 thì tạo ra điện áp 1 chiều U0 lớn gấp đôi điện áp đỉnh của điện áp xoay chiều đầu vào U2 vì C1, C2 được nạp tới giá trị đỉnh của điện áp vào qua D1 và D2 trong hai nửa chu kỳ âm và dương. Các tham số: Trên hình 2.7 trong chu kỳ âm của điện áp U2, C1 được nạp đến giá trị gần bằng giá trị đỉnh của U2 thông qua D1. Trong chu kỳ tiếp theo C2 cũng được nạp gần tới giá trị đỉnh của U2. 2.1.5. Mạch nắn điện nhân áp Dùng trong các bộ tạo cao áp cho anốt đèn hình, lưới đèn hình và các điện áp cho đèn hiện sóng của các máy đo (hình 2.8) Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý mạch nắn điện nhân áp Trong mạch k là số tầng ghép; mạch cho dòng điện nhỏ cỡ 3á8 mA (Trong mạch nắn bộ áp hình 2.7 la trường hợp riêng của mạch nắn nhân áp với hệ số k=1). Nói chung trong các mạch nắn nhan áp k 10. Khi mạch nắn nhan áp với k tầng thì U02k U2. Trong dó U0 là điện áp ra. - Điện áp chịu đựng tụ thứ 1 được chọn - Điện áp chịu đựng tụ thứ 2 được chọn - Điện áp chịu đựng tụt thứ k được chọn U 2.2. Các bộ lọc nguồn. Để có điện áp tương đối bằng phẳng ngoài điện dung tải C0 thường các mạch tạo một chiều được mắc thêm các bộ lọc. Để đặc trưng cho tính chất khâu lọc người ta dùng hệ số G: là tỷ số độ gợn sóng đầu vào khâu lọc trên độ gợn sóng đầu ra của khâu lọc. 2.2.1. Bộ lọc LC Dùng trong bộ nguồn có công suât lớn, hiệu quả cao. Song kích thước lớn, không có tác dụng trong sự biến đổi chậm của dòng điện và bản thân cuộn chặn lại là nguồn can nhiễu hoặc gây nên nguồn quá độ trong thiết bị làm lệch chế độ công tác của thiết bị hình (2.9) Hình 2.9. Mạch lọc bằng LC Trong đó: DU0 là độ gợn sóng đầu vào của khâu lọc DU là độ gợn sóng đầu ra của khâu lọc w = 2ếf (f là tần số qua khâu lọc) L là trị số điện cảm của cuộn chặn C là điện dung của tụ tham gia hâu lọc Vì điện trở một chiều của cuộn cảm nhỏ nên hiệu suất lọc cao, ít phụ thuộc vào tải. Điện áp qua khâu lọc U = 0,8 U0 2.2.2. Các bộ lọc RC Bộ lọc RC có hiệu suất thấp, tổn hao trên R lớn. Bộ lọc RC coi như một bộ lọc thông thấp. Hình 2.10 Hình 2.10. Mạch lọc băng RC Hệ số gợn sóng G: G = w.RC Trong đó: R: là điện trở của khâu lọc C: là trị số điện dung của khâu lọc w = 2pf (trong đó f là tần số qua khâu lọc) Do vậy, G luôn tỉ lệ với f. Khi f là tần số hài bậc cao thì G tăng lên theo tần số hài và tần số hài được nén nhiều hơn mà tần số định lọc (f = 50Hz). Do tổn hao trên R lớn, do vậy ảnh hưởng đến dòng tải nên R thường chọn nhỏ, bù lại C được chọn lớn cỡ hàng trăm mF, để đạt được G theo yêu cầu. U = U0 - I tải. R 2.2.3. Bộ lọc bán dẫn Nhờ nội trở nhỏ hơn nên hiệu suất nắn lọc cao hơn so với mạch lọc R, C hoặc LC (hình 2.11) Hình 2.11. Mạch lọc bằng Tranzisto Cực C của Tranzsito mắc nối tiếp R1, chọn R1C1 sao cho dòng tải biến đổi nhanh nhưng dòng Ic không đổi. R2 thiết lập chế độ làm việc của Tranzisto. Tranzsito được chọn sao cho có dòng lớn ít nhất 2 lần dòng tải: ICmin ³ 2Itải. Điện áp UCE trong mạch không vượt quá UCE cho phép đèn bán dẫn, công suất tiêu tán PCmax của đèn bán dẫn. R1 chọn 80á100W R2 chọn hàng chục KW C1 ³ 0,5 m là số chu kỳ nắn, f là tần số trong mạch nắn điện UC1 = 1,5I0R1, (I0 là dòng điện nắn) 2.3. Các phương pháp ổn định điện áp 2.3.1. Nguồn ổn áp dùng linh kiện thụ động Tiêu biểu cho loại nguồn này là các máy biến áp có cộng hưởng bù của Liên Xô hoặc các máy biến áp quét chổi than. Các máy biến áp dùng cộng hưởng bù có điện áp đầu ra biến thiên 0.5% khi đầu vào biến thiên 2%-3%. Hình 2.12. mô tả nguyên lý hoạt động của một bộ biến áp cộng hưởng tần số bù điện áp. Hình 2.12. Sơ đồ nguyên lý ổn áp bằng cộng hưởng tần số Nguyên lý hoạt động của bộ nguồn ổn áp đơn giản này là tụ C kết hợp với cuộn dây L1 tạo thành khung cộng hưởng có tần số gần tần số điện lưới thường dùng (cỡ 48 Hz). Khi điện áp xuống thấp tức tần số xuống dưới 48 Hz thì mạch cộng hưởng này có trở kháng thay đổi tự thích ứng với điện áp đầu vào. Điện trở R cỡ 1 MW á 2 MW để bảo vệ. Bộ nguồn ổn áp này ít được dùng vì điện áp không phụ thuộc vào tần số nhiều nên hiệu quả kém ổn định tốc độ ổn áp chậm. 2.3.3. Nguồn ổn áp dải hẹp dùng linh kiện tích cực Nguồn ổn áp dải hẹp dùng linh kiện tích cực trực tiếp biến đổi dòng một chiều do các bộ nắn tạo bằng biến áp hạ áp hay trực tiếp với các nguồn AC. a. ổn áp bằng điốt Zênr (hình 2.13). Uổn = UZ ĐZ R U0 Hình 2.13: Mạch ổn áp dùng Điốt Zener và đặc tuyến Von ampe Khi U0 vượt quá UZ của điốt thì dòng đánh thủng sẽ rất lớn, dòng này sẽ tạo ra sụt áp trên R sao cho Ura = U0 - Iz R = Uổn. R là điện trở hạn chế. b. Nguồn ổn áp bằng bán dẫn kiểu bù. * Sơ đồ khối (hình 2.14). Hình 2.14: Sơ đồi khối của mạch ổn áp dùng bán dẫn. Phần tử điều khiển giống như một điện trở tăng giảm được nhờ điện áp điều khiển từ phần tử khuyếch đại đưa tới. Điện áp khuếch đại được lấy do sự so sánh mẫu điện áp chuẩn đưa về. Nếu điện áp lấy mẫu lớn hơn so với điện áp chuẩn: phần tử điều khiển tăng nội trở, điện áp đưa ra sẽ nhỏ đi. Nếu điện áp chuẩn: phần tử điều khiển tăng nội trở, điện áp đưa ra sẽ nhỏ đi. Nếu điện áp lấy mẫu nhỏ hơn so với điện áp chuẩn: phần tử điều khiển giảm nội trở để điện áp ra tăng lên đúng yêu cầu. * Mạch ổn áp đơn giản. Đơn giản nhất là các IC ổn áp nguồn họ 78: NZ7805, AN7812, LM7805, M7805 mà ruột của nó là các ổn áp bù (hình 2.15). Hình 2.15: Mạch ổn áp đơn giản. Điện áp lấy mẫu đưa vào điốt ổn áp B2x85 (5,6V) so sánh. T vừa khuếch đại vừa điều khiển. * Mạch nguyên lý ổn áp dải hẹp kiểu bù (hình 2.16). Hình 2.16: Nguyên lý mạch ổn áp kiểu bù bằng bán dẫn. Điện áp lấy mẫu qua bộ phân áp R1, R2. Điện áp chuẩn tại điốt Zener: U2 = Uchuẩn. - Phần lấy mẫu: R3, R4, VR1. Điều chỉnh VR1 (điều chỉnh VR1 của T2). - Phần tham chiếu: R10 phân áp cho điốt Zener có được điện áp mẫu UZ. - Phần dò sai: R7, R6, R5, T2 khi nguồn bất ổn áp lấy mẫu thay đổi dẫn tới UC của T2 thay đổi, dẫn tới UC của T3 thay đổi (T3 đóng vai trò khuyếch đại) điều khiển UB của T1 dẫn tới T1 đóng mở cho đúng Ur = 105U. D1, R8, R9, C4 mắc song song với T2 giúp cho T2 ổn định hơn. - Phần khuếch đại: R11, T13, R12. - Phần bảo vệ: D2 bảo vệ BE của T1 để UBE không vượt quá 0,7V. D4 bảo vệ BE của T12 để UBE không vượt quá 0,7V. Cầu chia R13, R14 hạ 140V xuống qua R15, D3. Cầu chia R16 đang nối vào 105V vào qua D3. Khi chạm hoặc nặng tải D3 thông. Bình thường thì T4 không làm việc khi D3 thông sẽ làm T4 rẽ dòng giúp T3, T1 ngắt bảo vệ T3, T1. 2.4. Nhận xét nguồn dải hẹp: Nguồn ổn áp dải hẹp vừa trực tiếp ổn áp vừa tham gia vai trò lọc như một phần tử tích cực. Hệ thống bảo vệ bằng việc lấy mẫu điều khiển và bảo vệ tương đối hoàn hảo, nó đáp ứng được các nhu cầu trước đây của các thiết bị viễn thông. Linh kiện chế tạo không đòi hỏi khắt khe chính xác. Song bên cạnh đó nguồn dải hẹp có những điểm không hợp lý: - Về kích thước: cồng kềnh, phức tạp do toả nhiệt. - Về công suất: Hiệu suất thấp vì tổn hao rất lớn. Pth = ằ 25 á 30%. Độ nhạy và độ ổn định kém do thời gian thích ứng chậm. Do làm việc theo cách mắc nối tiếp không có mát cách ly nên nguy hiểm không an toàn. Khi nguồn vào đột ngột quá cao, mạch không làm việc kịp dẫn đến chập nguồn ổn áp gây nguy hiểm cho phần tử sau (tải). Khi cần nhiều mức nguồn khác nhau thì nguồn ổn áp dải hẹp không đáp ứng được buộc phải chế tạo nhiều bộ ổn áp khác nhau. Ngày nay các bộ nguồn ổn áp dải hẹp chỉ còn được sử dụng ở những mạch yêu cầu công suất thấp, dòng nhỏ, với công nghệ đã được tổng hợp như các IC họ 78 hoặc STR… Chương 3: Nguyên lý nguồn ổn áp dải rộng Nguồn ổn áp dải rộng khắc phục được những khuyết điểm của nguồn ổn áp dải hẹp, cho ra nhiều mức điện áp ổn định khi điện áp đầu vào thay đổi lớn, đảm bảo chế độ công tác của các thiết bị điện tử. Nó được dùng hầu hết trong các bộ nguồn có công suất nhỏ và vừa phải trong các thiết bị điện tử ngày nay. 3.1. Cơ sở vật lý của nguồn ổn áp dải rộng (nguồn ngắt mở). Khi biến áp được cấp điện một chiều qua khoá K như mạch vẽ (hình 3.1). Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý của mạch ngắt mở Khi đóng, mở khoá K: dòng điện chạy qua cuộn L, trong L xuất hiện một suất điện động cảm ứng. Suất điện động cảm ứng này cảm ứng qua vật liệu dẫn từ làm sáng đèn Đ1, Đ2. Kim đồng hồ V1, V2 đều chỉ thị. Nhận xét: - Nếu tăng nguồn B lên, đóng mở khoá K thì đèn Đ1, Đ2 sáng hơn V1, V2 chỉ lớn hơn. Nếu giảm B đi thì đèn tối hơn và kim vôn kế chỉ thấp hơn. - Nếu giữ nguyên số vòng L, thay đổi vòng dây L1, L2 thì giá trị chỉ thị ở vôn kế cũng khác đi. - Nếu đóng mở K càng nhanh thì Đ1, Đ2 càng sáng và V1, V2 chỉ lớn hơn. - Nếu thay đổi vật liệu dẫn từ thì vật liệu dẫn từ sẽ có tác dụng phụ thuộc vào tần suất đóng mở K. Tóm lại khi thực hiện thao tác trên thì kết quả cho ra trên mỗi vòng dây có giá trị điện áp: U/vòng = 2PBSf = V/vòng - m là độ từ thẩm của lõi biến áp. - n là số vòng dây. - S là tiết diện của lõi biến áp (cm2). - f là tần suất đóng mở K - d là đường kính của dây. Như vậy nguồn một chiều do tác động của K tạo xung điện biến đổi thành các mức điện áp khác nhau. 3.2. Xây dựng mô hình sơ đồ khối. Khoá K đóng mở với tần suất cao, do vậy nếu K là công tắc cơ khí thì không thể được. Do vậy mà K thường được thay bằng các dụng cụ bán dẫn: tranzito, MOSFET, JFET, tiristo… Mô hình được vẽ lại như sau (hình 3.2). Hình 3.2: Sơ đồ biểu diễn nguyên tắc làm việc của nguồn tắt mở Để điều khiển K hay các bán dẫn bằng các xung ngắt mở tạo ra công suất theo yêu cầu, thì trước khi điều khiển K ta phải dùng bộ khuếch đại điều tiết các xung ngắt mở có đủ độ lớn: biên độ, tần số, độ rộng. Để điều kiện K hay bán dẫn ta phải có các bộ tạo xung, các xung này có biên độ, tần số, độ rộng xung thích hợp. Các bộ tạo xung thực hiện bằng các mạch dao động. Để ổn định và đồng bộ xung với toàn bộ thiết bị người ta thường lấy các xung từ dao động chuẩn thạch anh qua mạch vi phân, tích phân để tạo ra các xung, dùng các xung này điềukhiển bộ nguồn ngắt mở. Buộc bộ nguồn hoạt động đồng bộ với bộ thiết bị. Để nâng cao tính an toàn cho bộ nguồn, phần bảo vệ được thiết kế với các tính năng bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá áp, bảo vệ chập tải. Để tiết kiệm năng lượng, nguồn được trang bị những bộ quản l‎ý nguồn khi thiết bị điện tử ở trạng thái chờ không làm việc thì trong thời gian ngắn nhất định sẽ nhận lệnh từ vi xử lý tới để tự động cắt nguồn đưa máy về trạng thái chờ tín hiệu. Để thuận tiện cho người sử dụng, nguồn sẽ được điều khiển từ xa… Như vậy nguồn ổn áp dải rộng về mặt sơ đồ khối sẽ có mô hình như hình 3.3. Mô hình sơ đồ khối của nguồn ổn áp dải rộng (nguồn ngắt/ mở). Chống nhiễu Nắn lọc & thích ứng U Khoá K điều khiển U00 Chống nhiễu Khuếch đại Xung điều chế Sửa sai so sánh Dao động f = f dòng Bảo vệ nguồn Điều khiển từ xa Quản lý nguồn U i U 0 V sync H sync Menu CPU Lấy mẫu U i U02 U01 Các mức nguồn Xung từ biến áp dòng AC in U i 90 á 260V Hình 3.3: Sơ đồ khối của bộ nguồn ổn áp dải rộng Chương 4: Nguyên lý các khối chức năng trong bộ nguồn ổn áp dải rộng 4.1. Mạch khử từ. Khi tắt máy điện áp cấp cho Anốt đèn hình, lưới 2 giảm đột ngột nên thường tạo ra từ tính trong lưới lọc tia phát xạ đèn hình, do bị nhiễm từ nên tạo thành vùng từ tính khác nhau ảnh hưởng tới đường đi của các tia R, G, B của đèn hình. Nên xung quanh mặt phát xạ huỳnh quang đèn hình được thiết kế một mạch khử từ. Nguyên tắc chung của mạch khử từ gồm Rt mắc nối tiếp cuộn dây Lk (hình 4.1). Hình 4.1: Mạch khử từ và lọc nhiễu Khi đóng nguồn dòng điện đi qua Rt và Lk (bình thường điện trở Rt rất nhỏ cỡ 5-7W). Khi dòng AC đi qua với dòng điện rất lớn, nhiệt độ làm tăng Rt lên trong khoảng thời gian 2á3 giây tạo ra trong Lk một từ trường khử toàn bộ từ bị nhiễm trong màn lọc tia điện tử của đèn hình. Đồng thời sau hai đến 3 giây Rt tăng lên rất lớn, dòng điện nhỏ dần đến 0, kết thúc quá trình khử từ. Trong một số máy có màn ảnh cỡ lớn dòng từ rất lớn đòi hỏi duy trì một thời gian khử từ chính xác và tin cậy thì thời gian khử từ được thiết kế đưa ta từ một IC tích hợp có đếm thời gian chuẩn xác (hình 4.2). Mạch bao gồm IC1 điều khiển mức điện áp với thời gian 3s. Khi đóng mạch nguồn IC1 đưa ra mức điện áp cao bán dẫn T1 đóng rơle; sau 3s, IC1 đưa ra mức thấp T1 ngắt: mạch khử từ hoàn thành nhiệm vụ. IC 1 EXP85340 13,5V AC Lk Rt TPH 1602 Đưa đi nắn điện Hình 4.2: Mạch khử từ của máy thu hình cỡ lớn 4.2. Mạch lọc nhiễu. Trong bộ nguồn dải rộng, để tránh các xung nhiễu như đánh lửa tải ổ cắm các thiết bị khác bên cạnh đánh lửa, sét đánh vào đường tải điện,… các bộ nguồn được thiết kế mạch lọc nhiễu ngay đầu vào để ‏ hạn chế bớt nguy hiểm cho linh kiện ở phần sau (hình 4.3). Hình 4.3: Mạch lọc nhiễu - Các bộ lọc nhiễu tụ C1; C2 được chọn sao cho với xung nhiễu thì trở kháng nhỏ nhất và với tần số điện lưới 50 á 60 Hz thì trở kháng max (thường chọn C = 0,01mF) R bảo vệ chọn cỡ 2 á 3MW; Uc từ 350 á 450V. - Các cuộn chặn L được quấn trên lõi ferít sao cho đối xứng nhau và có các tụ ký sinh nhỏ không đủ để bão hoà từ. Với tần số dòng điện tiêu thụ 50 á 60Hz thì ZL nhỏ nhất để sụt áp ít nhất với các xung nhiễu XL rất lớn có tác dụng chặn, giảm nhỏ xung nhiễu để hạn chế mức độ nguy hiểm cho phần sau. 4.3. Mạch chuyển đổi phương thức chiỉnh lưu. Nguyên lý chung của mạch là giám sát biên độ để đo kiểm điện áp mạng lớn hơn một trị số nào đó (ví dụ ở 160V) làm cho nguòn làm việc theo phương thức chỉnh lưu bội áp. Việc chuyển đổi phương thức trên sẽ tạo đủ điện áp cho bộ nguồn hoạt động bình thường với dải rộng từ 90 á 260V. Để thực hiện có nhiều cách (dùng điện áp ra đo kiểm để đóng mở Rơle tiếp điểm, dùng điện áp ra để đóng mở Tranzitor tự động để chuyển phương thức): Xét mạch chuyển nguyên lý sau (hình 4.4). Hình 4.4. Bộ chuyển đổi phương thức lọc chỉnh lưu Khi đóng nguồn điện R4, D2, C3 thực hiện mạch chỉnh lưu nửa sóng lấy mẫu tại điểm (A): VP < V < A biến đổi theo điện áp mạng. Điện áp này sau khi đi qua R5, R6 phân áp và đi qua D1 giám sát biên độ điện áp vào để khống chế trạng thái làm việc của T1. Điểm làm việc này do R5, R6 quyết định. Khi điện áp vào lớn hơn 160V thì tại điểm A: VP < V < A đủ cao để sau khi phân áp qua R5, R6 D1 thông dân đến T1 thông bão hoà cực Colectơ có mức thấp, cực Bazơ B không có điện áp, dòng T = C của T2 = 0. Triắc không có IX kích thích: Triắc ngắt. Điểm B trên sơ đồ coi như ngắt khỏi mạng (Đặc tuyến Von-Ampe của Triắc như hình 4.5). Dòng ngược l (nm) Dòng thuận Dẫn điện thuận Điện áp thuận Ngắt điện thuận Dòng ngược Ngắt điện ngược Điện áp ngược Hình 4.5: Đặc tuyến Von - Ampe của SCR Lúc này mạch nắn lọc bình thường. Nghĩa là điện áp được nắn lọc bằng các cầu chỉnh lưu D và C1C2. Khi điện áp vào thấp hơn điện áp chuẩn Ê 160V. Điện áp tại điểm A cũng giảm, phân áp R5, R6 không đủ để D1 thông do vậy ICT1 = 0; UCT1 cao đồng thời bằng điện áp tại A thông qua phân áp cho R7, R8D3 thông dẫn đến T2 thong tạo ra dòng xúc phát kích thích cho Triac thông trong thời gian ngắn 1 á 2s và sụt áp trên Triac rất nhỏ cỡ 0,2 á 0,5V. Điện áp sụt trên R9 chính là điện áp kích thích cho SCR. Vì sụt áp không đáng kể của SCR nên điểm B coi như chập D hay được nối tắt với nguồn AC. Mạch điện lúc đó như một bộ nắn bội áp, (hình 4.6). Người ta còn có thể dùng tiristo để điều khiển phương thức chuyển đổi điện, nguyên lý tương tự với SCR. ở chu kỳ dương của Vi, Vi qua L1 qua R1 qua D2 của cầu nắn D qua C1 nạp cho C1: 1 áp = UC1, qua điểm B đ D, qua R2 đ L2 về âm của nguồn Vi. ở nửa chu kỳ âm Vi qua L2 đ R2 đ D đ B qua C2 qua D1 qua R1 về nguồn điện áp trên C2 thông UC2. Điện áp từ V0 = UC1 = UC2 = 2U1 = 2U2 đưa sang bộ ngắt mở. Hình 4.6: Bộ nắn lọc bội áp khi điện áp vào thấp Trong việc nắn bội áp thì việc đảm bảo an toàn cho mạch là vấn đề quan trọng chẳng hạn khi Vi vào quá cao mà mạch vẫn chỉnh lưu bội áp thì V0 ra rất cao, rất dễ gây ra hỏng mạch sau nắn lọc. Trong mạch bảo vệ được thiết kế D4, T3 cầu chì F1; Bộ phân áp R10, R11. Điện áp trên C2 được phân áp qua R10, R11 đến cấp cho D4. Nếu Vi vào > 160V mà mạch vẫn làm việc theo phương thức bội áp thì D4 dẫn dòng qua R12, D4 là điện áp xúc phát cho T4 mở dòng rất lớn trong thời gian ngắn nhất làm cháy cầu chì F2 bảo vệ toàn bộ máy. 4.4. Xung và các mạch tạo xung. 4.4.1. Các tham số của xung. a. Định nghĩa về xung. Xung điện là những điện áp hoặc dòng điện tồn tại trong những khoảng thời gian rất ngắn có thể so sánh với quá trình quá độ trong mạch điện mà chúng tác dụng. b. Các tham số về một dãy xung. Một dãy xung thường có các tham số sau. - Chu kỳ lặp lại TX. - Tần số lặp lại FX. - Độ rộng QX. - Hệ số đầy n. Các tham số này được định nghĩa như sau. - Độ rộng của một dãy xung là tỉ số giữa chu kỳ lặp lại TX với độ rộng của một xung tX. QX = TX/tiếp xúc. - Trị số nghịch đảo Qx được coi là hệ số đầy của xung n = tx/Tx. - Tần số lặp lại của xung liên hệ với độ rỗng QX. Fx = 1/Qxtx = 1/Fx Hình 4.7: Minh hoạ cho định nghĩa trên. U,i t tx Tx Hình 4.7: Đồ thị dãy xung c. Các tham số của một xung. Để đặc trưng cho một xung người ta dùng các tham số sau (hình 4.8). Hình 4.8: Đồ thị của một xung. - Độ rộng của sườn trước tS1 là khoảng thời gian gia tăng của biên độ xung - Độ rộng của sườn sau tS2 là khoảng thời gian giảm của biên độ xung. Đôi khi độ dốc của sườn xung trước được coi là tỉ số giữa biên độ cực đại so với độ rộng của sườn trước: SS1 = Um/tS1; SS2 = Um/tS2. Độ sụt đỉnh xung Du của xung điện áp là độ giảm biên độ xung ở phần đỉnh. Độ sụt đỉnh tương đối du = Du/Dm. 4.4.2. Mạch chọn xung. Chọn xung đồng bộ dòng hay đồng bộ mành dựa trên độ rộng xung và tần số lặp lại của xung theo phương pháp vi phân hoặc tích phân. a. Mạch vi phân (hình 4.9). Hình 4.9: Mạch vi phân - Với mạch vi phân khi mà cho xung chữ nhật vào khi ra xung nhọn nếu RC>t Với mạch vi phân khi mà cho xung chữ nhật vào thì khi ra xung vuông nếu RC < t. - Nếu xung vào có độ rộng khác nhau thì xung ra có biên độ khác nhau (hình 4.10). Ta lợi dụng điều đó để chọn xung. Hình 4.10: Đồ thị của một xung vuông khi đi qua mạch vi phân b. Mạch tích phân (hình 4.11). Khi xung vào mạch tích phân cho ra xung răng cưa hoặc xung vuông cũng tuỳ thuộc vào hằng số thời gian RC. Nếu như RC << t thì độ rộng xung lớn sẽ biến thành biên độ lớn. (hình 4.12). Như vậy lợi dụng từ việc độ rộng xung biến thành biên độ xung để tách xung. Vì xung đồng bộ dòng có độ rộng 0,04 Td, độ rộng của xung quét mành là 0,043Td. 4.4.3. Họ đặc tuyến Von-Ampe của dụng cụ bán dẫn trong chế độ xung. a. Đặc tuyến. Đặc tuyến ra IC = f(Uce) (hình 4.13). …………… Ibn Ib2 Ib1 Uce 2 3 Ic Ib Ib 1 Hình 4.13: Đặc tuyến Von-Ampe của Tranzisto Để tiện tính toán thì họ đặc tuyến Von - Ampe được tuyến tính hoá (hình 4.14). Hình 4.14: Đặc tuyến Von - Ampe đã tuyến tính hoá Vùng 1: Vùng Tranzisto nằm trong chế độ khuếch đại. Vùng 2: Tranzisto trong chế độ cắt dòng. Vùng 3: Tranzisto bão hoà b. Các tham số tính toán ở chế độ khoá. Tiếp giáp CE có thể coi là khoá điện tử, sụt áp trên CE cỡ 0,1 á 0,2V. Dòng tắt từ 1 á 10mA, còn dòng thông rất lớn tới hàng trăm mA đối với tranzisto công suất nhỏ và hàng nghìn mA đối với các Tranzisto công suất lớn. Có thể xác định trên đặc tuyến tính 4.14. Dòng điện Ich bão hoà có thể xác định được vì nguồn điện cấp cho mạch làm việc trước và điện trở Rg nên thực tế thì: Ich = Ecc/Rg Ich Ê Ichp (dòng bão hoà cho phép). Vì Ich lớn sụt áp trên EC nhỏ nên tranzisto có thể coi là một điểm trong chế độ khoá (hình 4.15). Hình 4.15: Tranzisto ở chế độ khoá Hệ số khuếch đại trong mạch khoá biểu thị dòng colectơ ý lớn hơn dòng bazơ bao nhiêu. B = Hệ số bão hoà: để tranzisto có các tham số không thay đổi vẫn đảm bảo chắc chắn cho tranzisto bão hoà ở trạng thái thông trong mạch khoá luôn chọn dòng bazơ Ib lớn hơn dòng bazơ bão hoà Ibh. Tử số giữa dòng gốc làm việc của Tranzisto ở trạng thái thông với dòng bazơ bão hoà gọi là hệ số bão hoà. Kbh = Kbh thường được chọn bằng từ 2 á 3 lần. Điện trở bão hoà cực colectơ: Rch = Đối với tranzisto Silic Rch hàng trăm ôm. Điện áp của cực bazơ bão hoà so với cực emitơ bão hoà Ubh được xác định khi Ib = Ibh. ở tranzisto silic 0,7V; vì Ubh; Uch rất nhỏ nên tranzisto ở trạng thái thông có thể coi là một điểm. 4.4.4. Mạch dao động đa hài. Hình 4.16. là mô hình của mạch này. Hình 4.16: Dao động đa hài a. Nguyên lý hoạt động của mạch dao động. Khi mới đóng nguồn cả hai đèn đều được cấp áp UB > 0 qua Rb1 và Rb2 nên cả hai đèn đều thông. Vì một lý do gì đó một trong hai đèn có biến đổi (do không cân, tụt áp từng đèn…). Chẳng hạn dòng IC1 tăng một lượng là DiC1 thì cực C giảm đi một lượng là DUC1 đưa biến đổi này qua tụ C1 làm cho cực bazơ T2 giảm đi một lượng là DUB2, dòng IC2 tăng lên DUC2 đưa biến đổi này tới BT1 càng làm tăng IC1. Sự biến đổi này trong thời gian rất ngắn. + DIC1 đ -DUC1 đ -DUB2 đ+ DIC2 đ -DUC2 đ -DUB1 đ +DIC1 Quá trình này tiếp tục cho đến khi T1 thông, T2 tắt hẳn: Khi T1 tắt tụ C2 được nạp điện: +B1 đ C2 đ RBET1 ị -B. Điện áp C2 làm cho UB1 giảm dần, C2 nạp cũng là qúa trình thiết lập trên C2, mức điện áp bằng nguồn B+. Đồng thời với quá trình C2 nạp thì tụ C1 phóng: -C đ Rb2 đ +B đ -B đ RCE1 đ +C. U b1 + C1 phóng U b1 U b1 C1 nạp T2 T1 t U C t + E C U b2 t C 2 phóng t Uc 2 +E Ec - IcRc C 2 nạp C1 phóng gây ra trên B2 một điện áp âm nhỏ hơn UB02 (điện áp cắt T2), T2 tắt trong khoảng thời gian ngắn. C1 giảm dần làm cho UB2 bớt âm dần. Khi bazơ T2 đạt đến điện áp cắt T2 thông, quá trình trên lại xuất hiện: +DIC2 đ -DUC2 đ -DUB1 đ -DIC1 đ +DUB2 đ +DUB2 đ +DIC2 Cho tới khi T2 thông và T1 tắt, C2 lại bắt đầu phóng điện. Tại thời điểm cực gốc có điện áp gốc bằng 0, chúng sẽ chuyển quá độ từ trạng thái này sang trạng thái khác. Hình 4.17. là sơ đồ điện áp gốc - phát của bộ dao động. b. Điều khiển để mạch dao dao động Mạch dao động khi có hồi tiếp dương, tức là Kb>1, với: K hệ số khuếch đại tầng, b là hệ số khuếch đại dòng điện. Khi có hai đèn thì đèn nọ là hồi tiếp của đèn kia nên K1K2>1 Vì 2 đèn chọn có trị số giống nhau nên K1K2=K2>1 hay K >1 Nói chung là mạch dễ dao động. Khi mà T1 hoặc T2 thông bão hoà thì điều kiện cần: Rb1 Ê b.RC1 và Rb2 Ê b.RC2 c. Các tham số Khi coi IC0 = 0; q = 0 thì: T1 = 0,7Rb1.C1 T2 = 0,7Rb2.C1 Nếu mạch hoàn toàn đối xứng: TX = 1,4Rb.C1 QX = 1+0,23b Như vậy tần số dao động chỉ phụ thuộc vào C và Rb mà không phụ thuộc vào tải RC nên dễ dàng điều khiển được tần số này bằng cách thay đổi UB (hình 4.18) Hình 4.18. Mạch dao động đa hài có điều chỉnh tần số d. Đồng bộ tín hiệu dao động Trong thiết bị điện tử vấn đề đồng bộ có tầm quan trọng đặc biệt vì khi sai đồng bộ từng bộ phận sẽ tích luỹ năng lượng rất lớn dẫn tới nguy hiểm. Để đồng bộ cùng dao động, là các bộ thạch anh chuẩn tạo tín hiệu chuẩn được lấy từ bộ chuẩn qua mạch tích phân hoặc vi phân…để tạo ra các xung đồng bộ, thống nhất trong toàn máy. Hình 4.19 là sơ đồ nguyên lý của một mạch dao động đa hài đợi với các xung đồng bộ dương. T1 Rc1 Rb1 R Rb2 Rc2 T2 U hồi tiếp Ra T=0,7RbC Xung đồng bộ +E R3 Rb Hình 4.19. Mạch dao động đa hài có đồng bộ Tranzisto T1 tắt ở trạng thái ổn định, tranzisto T2 thông. Khi có xung kích thích vuông thông qua điốt trở thành xung dương nhọn. Bộ dao động chuyển ngay trạng thái trạng thái từ T1 tắt sang T1 thông; T2 thông sang T2 tắt. Sau đó mạch sẽ chuyển sang trạng thái ban đầu và chờ xung tiếp theo. Trên RR2 có xung có độ rộng T=0,7RbC; R là điện trở phân áp thuận điốt; điện áp hồi tiếp dương lấy trên R3 đưa về E của T1. 4.4.5. Mạch tạo xung bằng dao động nghẹt Mạch tạo xung bằng dao động nghẹt là mạch giao động ghép biến áp. Mạch tạo ra xung nhỏ đến khoảng 1ms. Chu kỳ của xung có thể biến đổi trong giới hạn hàng trăm KHz (hình 4.20) Hình 4.20. Mạch tạo dao động nghẹt a. Nguyên lý Biến áp trong mạch tạo xung bằng dao động nghẹt được chế tạo đạt tiêu chuẩn cao, ghép chặt chẽ, đúng chiều. Dòng Ib xuất hiện khi ở thời điểm bắt đầu có xung dương tại cuộn II, của biến áp Tp sẽ nạp cho tụ C1. Nhờ có phần âm của xung nạp cho tụ với hằng số thời gian rất lớn nên tranzisto ngắt. Đèn bắt đầu thông khi tụ C1 phóng qua cuộn II, điện áp phóng được giảm tới mức UC0 khi đó IC bắt đầu xuất hiện tạo ra xung điện áp ở cuộn I, xung xuất hiện cuộn II mở thông hoàn toàn tranzisto, và tại cuộn II lại có xung dương nạp cho tụ C1… Quá trình này lặp đi lặp lại tạo ra xung rất hẹp. Tần số xung biến đổi nhờ VR1, độ rộng xung biến đổi bằng tụ C1. Hình 4.2.1. là đồ thị của dạng sóng mạch dao động nghẹt. Nhờ cuộn cảm III có thể lấy xung tới các phần khác. Dòng IC chỉ qua tranzisto khi thời gian phát xung do vậy với hệ số đầy của xung lớn, công suất tiêu thụ không lớn ta vẫn có thể lấy xung có công suất lớn. Hình 4.21. Đồ thị dạng sóng của mạch dao động nghẹt b. Điều kiện để mạch dao động - phương pháp tính toán mạch dao động nghẹt Xét mạch dao động (hình 4.22) Hình 4.22. Mạch dao động ghép biến áp - Điều kiện pha ta không xét đến bởi vì bằng cách quấn biến áp ta có thể tạo được sự đồng pha giữa điện áp và điện áp vào (M<0). - Điều kiện biên độ: K = -SZc Trong đó: S là độ hỗ dẫn của tranzisto; Zc trở kháng giữa C và đất Rtd là độ trở kháng khung tại tần số dao động n là hệ số phản ảnh L là điện cảm khung cộng hưởng M là hệ số hỗ cảm của các cuộn dây. Lập tích KKht³1 và giải bất phương trình này ta có (Z tính bằng Rtd//Zt) Mạch dao động khi n1 Ê n Ê n2 Tại n=n1; n=n2 mạch xác lập dao động. Tần số dao động c. Các tham số tính toán trong mạch dao động nghẹt - Xác định thời gian sườn xung tS: tS1 ằ2,3t1 t1 = tb/K0: tb là độ tăng của sườn xung do nhà sản xuất chế tạo tb < rCC0, K0 là hệ số gia tăng dòng cực gốc = (Dib)1/(Dib)0 - Xác định đích xung tX: tX = bBL/nR’v n=Wb/Wc (thứ cấp/ sơ cấp) L=Lb/n2 (Lb là độ tự cảm B) R’v= trở kháng hồi tiếp - Xác định thời gian hồi phục thp d. Đồng bộ dao động nghẹt (hình 4.23) Hình 4.23. Mạch đồng bộ dao động nghẹt - Xung đòng bộ kích thích vào cuộn dây riêng L1 (không đòi hỏi dấu) - Xung kích thích cực colectơ đưa vào C qua Cp (xung dương) Khi có xung tranzisto thông, dòng IC tăng nhanh, UC về 0 vượt qua UA của điốt D làm cho D cắt dòng cách ly xung kích thích với mạch dao động. 4.4.6. Mạch tạo xung điều rộng bằng các mạch tích hợp khác Ngày nay càng ngày công nghệ bán dẫn càng phát triển, do vậy mà các mạch tạo xung bằng mạch tích hợp càng nhiều, có độ ổn định cao với tầm điều chỉnh xung rộng nên được dùng rộng rãi với các thiết bị điện tử vào những năm gần đây. a. Mạch tạo xung điều rộng bằng IC KA 2842 ( hình 4.24) Hình 4.24. Cấu trúc ICK 3842 Nhiệm vụ của các chân IC KA3842, nó được mô tả như sau: - Chân (1): Ngõ vào bộ so sánh - Chân (2): FB hồi tiếp khống chế tần số dao động - Chân (3): Senso cảm nhận về dòng bảo vệ quá dòng - Chân (4): Mắc RC ngoài, định hằng tần số dao động - Chân (5): GND đấu đất - Chân (6): Ngõ ra khung điều rộng đưa đi kích thích đèn công suất - Chân (7): Điện áp cấp cho mạch dao động - Chân (8): Tạo áp chuẩn. b. Tạo xung điều rộng bằng tổ hợp IC STR 55717 (hình 4.25) Hình 4.25. Cấu trúc IC STR 55717 Nhiệm vụ các chân của IC là như sau: - Chân (1): Cấp điện áp một chiều sau bộ nắn nguồn, xung ra 230Vpp/18,6ms - Chân (2): GND - Chân (3): Cực C tranzisto công suất - Chân (4): Tiếp nhận xung hồi tiếp - Chân (5): Bảo vệ quá dòng - Chân (6): Xung đồng bộ dương từ biến áp dòng về f=fH - Chân (7): Dò sai - Chân (8): Xung kích thích cho tranzisto công suất Pout - Chân (9): Cấp VCC in khoảng 10V cho IC mồi dao động 4.5. Mạch điều chế xung Có ba phương pháp điều chế xung: - Điều chế biên độ xung: Cố định tần số và độ rộng xung, biên dộ xung thay đổi. - Điều chế tần số xung: Giữ cố định biên độ và độ rộng xung, tần số thay đổi - Điều chế độ rộng xung: Giữ cố định biên độ và tần số, độ rộng xung thay đổi Xét lần lượt các phương pháp 4.5.1. Điều chế biên độ xung (hình 4.26) Hình 4.26. Mạch điều chỉnh biên độ xung Để thay đổi biên độ xung ra từ khối dao động ta có thể điều chỉnh phân áp cho khối OSC bằng VR1 hoặc điều chỉnh độ khuếch đại của Tranzisto T1 bằng VR2 để thay đổi biên độ xung ra ( hình 4.27) tx = t'x Tx = T'x Um = U'm Hình 4.27. Đồ thị mạch điều chỉnh biên độ xung Để điều chỉnh nội trở hay hệ số khuếch đại của Tranzisto T1, người ta thay thế việc điều chỉnh VR1, VR2 bằng điện áp dò sai V0 so với Vi ở đầu vào. V i V 0 PFM Tx Um Um Tx điều chế Hình 4.28. Nguyên tắc điều chế tần số Um’ = Um và Tx’ > Tx Nguyên tắc: Khi chu kỳ tăng thì tần số giảm và ngược lại Nếu V0 (Vi) tăng dẫn đến chu kỳ tăng bằng TX ị TX<TX’ ị tần số giảm. Nếu V0 (Vi) giảm dẫn đến chu kỳ tăng lên bằng TX giảm ị tần số tăng lên. Trên thực tế người ta điều chỉnh tần số bằng cách khống chế dao động Xét mạch dao động đa hài không đối xứng sau (hình 4.29) Hình 4.29. Mạch điều chế tần số Khi đóng nguồn T1 tắt, C1 được nạp qua VR1 và phóng vào cực B của T2, T2 dẫn ị UC2 thấp k ị T3 dẫn ị VC3 cao ị UC3 được nạp qua VR5 sau đó phóng vào cực bazơ của T1 làm T1 dẫn ị UCT1 thấp ị T2 tắt ị T3 tắt ị T1 tắt và VCT1 lại cao, C1 lại nạp điện cho chu kỳ tiếp theo. Thời gian tắt nhanh hay chậm hoàn toàn phụ thuộc vào t = C1. R1 và t2 = C3.VR5. Do vậy khi điều chỉnh VR1, VR5 cũng dẫn đến thay đổi tần số của mạch dao động. 4.5.3. Điều chế độ rộng xung Nguyên tắc chung như hình 4.30 Hình 4.30. Nguyên tắc điều chế biên độ Biên độ Um - Um’, độ rộng tX < tX’, chu kỳ T=T’ Mạch thực hiện hình 4.31. là phương pháp điều chế độ rộng xung theo kiểu analog Hình 4.31. Mạch điều chế độ rộng xung Xung răng cưa Vi có tần số cố định được tạo bởi bộ dao động đặt vào ngõ dương của mạch thuật toán. Điện áp điều khiển V0 lấy ở mạch so sánh sai số đưa về ngõ âm của mạch thuật toán. Mạch cho ra độ rộng xung thay đổi theo V0. Mạch hình 4.32 là phương pháp điều chế độ rộng xung theo kiểu digital Hình 4.32. Mạch điều chế độ rộng xung bằng phương pháp digital Nguyên lý: Xung từ dao động OSC tạo ra được mạch Trigger Schimit sửa vuông tạo thành Vi, xung vuông Vi này qua mạch MN tạo thành xung vuông chuẩn làm tham chiếu và so sánh với xung đưa vào tại ngõ khác của mạch EXOR. EXOR có U0 ra mức thấp nếu hai đầu vào có cùng mức logic, U0 mức cao khi hai đầu vào khác nhau mức logic. Mạch tạo dao động OSC luôn bị khống chế bởi khối PFM sao cho khi V0 tăng thì tần số của Vi cũng tăng và ngược lại. V0 được lấy từ khối nguồn nhận biết qua bộ lỗi ER. 4.6. Các mạch ngoại vi khác 4.6.1. Các mạch bảo vệ Bao gồm các mạch bảo vệ quá áp đầu vào AC, chập tải sau bộ nguồn dải rộng, mạch bảo vệ khi tần số sai khác biệt quá xa so với dao động chuẩn. Về phương pháp sẽ có nhiều cách: - Bảo vệ quá áp ghép song song - Bảo vệ quá áp ghép nối tiếp - Bảo vệ quá dòng, qúa nhiệt - Bảo vệ ghép trực tiếp - Bảo vệ ghép gián tiếp a. Mạch bảo vệ qúa áp đầu vào ghép song song Sơ đồ khối: Hình 4.33 Mạch ổn áp Dò sai Điện áp ra UCung cấp cho tải Ui Hình 4.33. Sơ đồ khối của mạch bảo vệ qúa áp đầu vào Mạch cụ thể như sau (hình 4.34) Nguyên lý làm việc của mạch ghép song song: T4, L1, L2 tạo thành dao dộng nghẹt. Trở kháng của toàn bộ T2, T3, R7, R8 quyết định tần số dao động (đóng vai trò như một tổng trở phân áp có trở kháng thay đổi khi điện áp đưa về: - R8, D3 Giám sát điện áp vào và ra: - Đưa điện áp đầu vào bộ phân áp T2, T3 - Đưa điện áp ra từ cuộn L2 về khi mạch quá tải. L3, C1, D2 tạo ra điện áp cấp cho phần bảo vệ R1, R2, R3 điện áp lấy mẫu Giả sử khi Ung vào tăng lên, điện áp qua R8, D3 lớn, trở kháng bộ phân áp giảm do IC2, IC3 tăng lên. Khi dao động nghẹt tăng điện áp trên cuộn L3 tăng, UCT1 giảm, UBT2 và UBT3 tăng: Trở kháng của bộ T2, T3 giảm, mạch làm việc yếu đi, áp ra được giảm, nghĩa là mạch được bảo vệ. Hình 4.34. Mạch bảo vệ và điều khiển dao động b. Mạch bảo vệ ghép gián tiếp + Mạch ghép quang Điốt quang (opto) - Hình 4.35 (4N25) Hình 4.35. Cấu trúc của mạch ghép quang - Khi có dòng điện qua, điốt phát quang: điốt phát tia hồng ngoại làm thay đổi trở kháng của tranzisto, hoặc là điốt nhận quang làm tranzisto dẫn. - Ghép quang hay được dùng vì nó có thể truyền đạt tín hiệu một chiều và xoay chiều đến vài GHz. Mạch cách điện vài KV. Tính chống nhiễu và chịu được nhiệt độ cao. + Mạch bảo vệ gián tiếp (cách ly) ứng dụng của ghép quang với những đặc tính chỉ sự thay đổi dòng nhỏ của điốt phát quang cũng gây ra biến đổi dòng lớn của tranzisto. Hình 4.36 là nguyên lý của một mạch cụ thể. Hình 4.36. Mạch bảo vệ ghép quang Trong bộ nguồn dải rộng ngắt mở (dao dộng nghẹt ghép biến áp) này, diện áp hồi tiếp dương lấy từ L2 đưa về cực gốc T1. T2 đóng vai trò bảo vệ; điện áp dò sai lấy từ R4 cua T1 đưa về khống chế T2 khi T2 chạy quá dòng hoặc là nặng tải. Bảo vệ quá áp được ghép qua IC HA 17431 và opto 4N35. Nguyên lý làm việc của nó như sau: Khi điện áp ra vượt quá 115V; qua bộ phân áp R6R7R8. Điện áp mẫu được đưa về so với bộ điện áp chuẩn do điốt ổn áp trong IC HA 17431, đưa ra điện áp dò sai. Điện áp dò sai được đưa qua bộ ghép quang 4N35, cảm nhận thay đổi điện áp chuyển thành thay đổi dòng trong tranzisto; làm trở kháng tranzisto thay đổi khiến điện áp ở cực gốc T2 thay đổi. Kết quả là làm thay đổi trở kháng T2. Đó chính là làm thay đổi trở kháng T1 làm cho T1 hoạt động tăng lên hay giảm đi sao cho ở đầu ra luôn có điện áp oỏn định 115V. 4.6.2. Các mạch bảo vệ trong IC tổ hợp tạo xung đềi rộng Trong mạch tạo xung bằng IC bảo vệ quá dòng thì điện áp bảo vệ được lấy ngay tại tranzisto công suất nguồn (hình 4.37) Hình 4.37. Mạch bảo vệ quá dòng trong các tổ hợp IC điều rộng Điện áp Ubảo vệ = US = IDSRS. Vì một lý do nào đó khiến tranzisto làm việc với dòng quá lớn dẫn đến dòng Id tăng do vậy mà US tăng. Điện áp này được đưa về chân 3 IC KA 3842. IC điều chỉnh độ rộng xung tương ứng sao cho mạch làm việc đúng yêu cầu cần thiết kế. Trong mạch tổ hợp IC có tầm điều chỉnh xung rộng như IC STR 55717 đã nói ở trên còn có các mạch ổn định cục bộ. Mạch TSD (Themal sensor directo) bảo vệ quá nhiệt. Mạch OVP (Over Volt Protector) bảo vệ quá áp… 4.6.3. Mạch quản lý nguồn Trong các thiết bị điện tử nói chung và trong các TV và Monitor máy tính nói riêng. Khi không có tín hiệu-hay không có xung đồng bộ trong một khoảng thời gian nhất định máy sẽ tự động ngắt nguồn nhằm đảm bảo an toàn và tiết kiệm điện. Nhận xử lý tín hiệu xung KA3842 Sync.H Sync.V 6 4 C R Mô hình nguyên lý (hình 4.38) Hình 4.38-Sơ đồ khối mạch quản lý nguồn Xung đồng bộ dòng fH và xung đồng bộ từ khối thị tần hoặc CPU máy tính đưa tới khối nhạn dạng xung và biết tín hiệu xung thành tín hiệu một chiều để điều khiển nguồn switching. Sơ đồ thực tế thực hiện bộ nguồn (hình 4.39) Nguyên lý hoạt động của bộ quản lý nguồn: Nếu khong có xung HSync hoặc VSync hoặc thiếu cả 2 LED quang trong U504 tắt. Mạch cấp điện cho bộ tạo xung bị ngắt. Khi có xung LED trong U504 phát sáng, tranzisto quang trong U504 dẫn có dòng qua Q4, Q5 dẫn điện tạo điện ban đầu cho bộ OSC làm việc, khi đó thì đèn LED2 báo sáng. Hình 4.39. Mạch nguyên lý quản lý nguồn 4.6.4. Mạch điều khiển từ xa Sơ đồ (Hình 4.40) Nguyên lý hoạt động: - Khi Vi xử lý đưa lệnh mở nguồn POWER ON, chân BQ2 có mức thấp, Q2 và IC2 dẫn ị Q1 tắt. Do D1 dẫn nên bộ dao động được cấp nguồn, mạch ổn áp làm việc (D2 dẫn). - Khi Vi xử lý đưa lệnh mở nguồn POWER OFF, chân BQ2 có mức cao, Q2 và Q1 tắt ị D1 tắt. Q3 dẫn nối mát dao động từ IC3 ị D2 tắt dẫn đến bộ dao động không làm việc hay chính bộ nguồn dải rộng không làm việc. Hình 4.40. Mạch nhận tín hiệu điều khiển từ xa đóng mở nguồn Mục lục Trang