Nguyên lý mạch ổn áp điện một chiều

Nguyên lý cơ bản của mạch ổn áp DC khá đơn giản, chúng bao gồm 4 giai đoạn cơ bản: Áp suất thấp, Cchính thống, RẤT NHIỀUNguồn, ổn áp… thường được sử dụng trong các mạch điện tử của các thiết bị như mạch điều khiển, thiết bị điện tử cá nhân, tivi, tủ lạnh….

Nguồn: Vinh

1- Mạch chỉnh lưu AC

1.1 – Các bộ nguồn trong mạch điện tử.

Trong mạch điện tử của các thiết bị như Radio-Cassette, Amlpy, TV màu, đầu đĩa VCD v.v … chúng sử dụng nguồn điện một chiều ở các mức điện áp khác nhau, nhưng ngoài giắc cắm của các thiết bị này, chúng được cắm trực tiếp vào nguồn điện AC 220V 50Hz , vì vậy các thiết bị điện tử cần có bộ phận chuyển đổi từ nguồn xoay chiều sang điện áp một chiều, cung cấp cho đoạn mạch trên, bộ chuyển đổi gồm có:

1. Biến áp nguồn: Hạ điện áp từ 220V xuống các điện áp thấp hơn như 6V, 9V, 12V, 24V v.v …
2. Mạch chỉnh lưu: Biến đổi nguồn xoay chiều thành điện một chiều.
3. Mạch lọc Lọc gợn AC sau khi chỉnh lưu cho nguồn DC phẳng hơn.
4. Mạch ổn áp: Giữ nguồn điện áp cố định cho tải tiêu thụ

1.2 – Mạch chỉnh lưu bán chu kỳ.

Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ dùng diode mắc nối tiếp với tải tiêu thụ, ở chu kỳ dương => diode phân cực thuận nên có dòng điện qua diode và qua tải, ở chu kỳ âm thì diode phân cực ngược nên không dòng điện chạy qua tải.

1.3 Mạch chỉnh lưu toàn chu kỳ

Mạch chỉnh lưu toàn chu kỳ thường sử dụng 4 diode mắc theo hình cầu (hay còn gọi là mạch chỉnh lưu cầu) như hình bên dưới.

1. Theo chu kì dương (đầu dây cực dương, đầu dây âm) dòng điện đi qua diode Đ1 => qua Rload => qua diode D4 về đầu cực âm.
2. Ở chu kỳ âm, điện áp trên cuộn thứ cấp đổi chiều (đầu dây âm, dưới cùng dương) dòng điện đi qua Đ2 => qua Rơle => qua Đ3 về cực âm.
3. Như vậy, cả hai chu kỳ đều có dòng điện chạy qua tải.

2 – Mạch lọc và mạch chỉnh lưu nhiều điện áp

2.1 – Mạch lọc dùng tụ điện.

Sau khi chỉnh lưu ta được điện áp một chiều nhấp nhô, nếu không có tụ lọc thì điện áp nhấp nhô này không dùng được trong các mạch điện tử nên ở các mạch nguồn phải lắp thêm tụ lọc. Các giá trị từ vài trăm µF đến vài nghìn µF được thêm vào sau cầu diode chỉnh lưu.

Dạng điện áp một chiều của đoạn mạch chỉnh lưu trong hai trường hợp có và không có tụ điện

1. Sơ đồ trên minh họa trường hợp mạch nguồn có tụ lọc và không có tụ lọc.
2. Khi công tắc K mở, mạch chỉnh lưu không có tụ lọc tham gia nên điện áp tạo thành nhấp nhô.
3. Khi đóng công tắc K thì mạch chỉnh lưu có tụ C1 tham gia lọc nguồn dẫn đến điện áp đầu ra được lọc tương đối bằng phẳng, nếu tụ C1 có điện dung lớn hơn thì điện áp ở đầu ra phẳng hơn, tụ C1 bằng điện nguồn cung cấp thường có giá trị vài nghìn F

Hình minh họa: Tụ lọc có điện dung càng lớn thì điện áp ra càng phẳng.

• Trong mạch chỉnh lưu, nếu có tụ lọc không tải hoặc tải tiêu thụ công suất không đáng kể so với công suất của máy biến áp thì điện áp một chiều thu được là DC = 1,4.AC

2.2 – Mạch chỉnh lưu nhân 2.

Sơ đồ mạch chỉnh lưu nhân 2

1. Để thành mạch chỉnh lưu thứ 2 ta phải mắc nối tiếp hai tụ điện có cùng giá trị, rồi mắc vào một đầu hiệu điện thế xoay chiều vào điểm giữa hai bản tụ điện => ta được hiệu điện thế tăng lên 2 lần.
2. Trong đoạn mạch trên, khi công tắc K mở thì mạch trở về dạng chỉnh lưu bình thường.
3. Khi công tắc K đóng, mạch trở thành bộ chỉnh lưu cấp số nhân 2, và kết quả là chúng ta nhận được điện áp đầu ra tăng gấp 2 lần.

3 – Mạch ổn áp cố định

3.1 – Mạch ổn áp cố định dùng diode Zener.

Mạch ổn áp tạo điện áp 33V cố định cho mạch chỉnh kênh trên tivi màu

1. Từ nguồn 110V không cố định qua điện trở hạn dòng R1 và gim trên Dz 33V để lấy hiệu điện thế cố định cung cấp cho mạch dò kênh.
2. Khi thiết kế mạch ổn áp như trên ta cần tính điện trở hạn dòng sao cho dòng điện ngược cực đại qua Dz phải nhỏ hơn cường độ dòng điện qua Dz chịu được, cường độ dòng điện qua Dz cực đại khi dòng điện qua R2 = 0
3. Như sơ đồ trên, cường độ dòng điện cực đại qua Dz bằng điện áp rơi trên R1 chia cho giá trị R1, gọi dòng điện này là I1 ta có

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

Thông thường chúng ta nên cho dòng ngược qua Dz 25 mA

3.2 – Mạch ổn áp cố định dùng Transistor, IC ổn áp.

Mạch ổn áp sử dụng Diode Zener như trên có ưu điểm là đơn giản nhưng nhược điểm là cho dòng nhỏ (≤ 20mA). Vì
có thể tạo ra hiệu điện thế cố định nhưng cho dòng điện mạnh hơn nhiều thì người ta mắc thêm Transistor để khuếch đại dòng điện như sơ đồ bên dưới.

Mạch ổn áp có Transistor khuếch đại

1. Trong đoạn mạch trên, điện áp tại điểm A có thể thay đổi và có gợn sóng xoay chiều, nhưng điện áp tại điểm B không đổi và tương đối phẳng.
2. Nguyên lý ổn áp: Thông qua điện trở R1 và Dz gim cố định điện áp chân B của Transistor Q1, giả sử rằng khi điện áp chân
   E đèn Q1 giảm => khi đó hiệu điện thế UBE tăng => cường độ dòng điện qua đèn Q1 tăng => tăng hiệu điện thế chân E của đèn và ngược lại …
3. Mạch ổn áp trên sử dụng đơn giản và hiệu quả nên được sử dụng rộng rãi và người ta đã sản xuất IC thuộc họ LA78 .. để thay thế cho mạch ổn áp trên là IC LA78 .. có sơ đồ mạch giống như phần mạch. màu xanh lục của sơ đồ trên.

IC ổn áp gia đình LA78 .. IC ổn áp LA7805

1. LA7805 5V. IC điều chỉnh điện áp
2. LA7808 IC ổn áp 8V
3. LA7809 9V. IC điều chỉnh điện áp
4. LA7812 12V. IC điều chỉnh điện áp

Ghi chú: IC78 .. họ chỉ cho tiêu thụ khoảng 1A trở xuống, khi ráp IC vào mạch thì U in> Uout từ 3 đến 5V thì IC mới phát huy tác dụng.

3.3 – Ứng dụng của IC ổn áp họ 78..

IC ổn áp họ 78 .. được sử dụng rộng rãi trong các bộ nguồn, như bộ nguồn của đầu đĩa VCD, trong tivi màu, trong máy tính …

Ứng dụng của IC ổn áp LA7805 và LA7808 trong bộ nguồn VCD

4 – Mạch điều chỉnh điện áp tuyến tính (có hồi tiếp)

4.1 – Sơ đồ khối của mạch ổn áp có hồi tiếp.

Sơ đồ khối của mạch ổn áp có hồi tiếp.

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

1. Cung cấp điện áp một chiều đầu ra không đổi trong cả hai trường hợp điện áp đầu vào thay đổi hoặc dòng tải thay đổi, nhưng sự biến đổi này phải được giới hạn.
2. Đối với điện áp DC đầu ra chất lượng cao, độ gợn sóng AC được giảm thiểu.

* Nguyên lý làm việc của mạch.

1. Mạch lấy mẫu sẽ giám sát điện áp đầu ra thông qua một bộ chia điện áp tạo ra (Ulm: điện áp lấy mẫu)
2. Mạch tạo điện áp chuẩn => gim lấy cấp điện áp cố định (Uc: điện áp chuẩn)
3. Mạch so sánh sẽ so sánh hai điện áp lấy mẫu Ulm và điện áp tham chiếu Uc để tạo thành điện áp điều khiển.
4. Mạch khuếch đại sửa lỗi sẽ khuếch đại điện áp điều khiển, sau đó đưa ngược lại để điều chỉnh hoạt động của đèn công suất theo chiều ngược lại, nếu điện áp ra tăng => thông qua mạch hồi tiếp điều chỉnh => công suất đèn led giảm => đầu ra giảm điện áp. Ngược lại, nếu điện áp ra giảm => qua mạch hồi tiếp điều chỉnh được => đèn ra lại tăng => và điện áp ra tăng = >> điện áp ra không thay đổi.

4.2 – Phân tích hoạt động của mạch cấp nguồn có phản hồi trong TV Samsung Đen Trắng

Điện áp đầu vào có gợn AC Điện áp đầu ra bằng phẳng

Mạch điều chỉnh điện áp tuyến tính trong TV Samsung đen trắng

* Ý nghĩa của các thành phần trên sơ đồ.

1. Tụ 2200µF là tụ lọc chính, lọc điện áp sau chỉnh lưu 18V, đây cũng là điện áp đầu vào của mạch ổn áp, điện áp này có thể tăng giảm khoảng 15%.
2. Q1 là đèn nguồn cung cấp dòng điện chính cho tải, điện áp ra của mạch ổn áp được lấy từ chân C của đèn Q1 và có giá trị cố định là 12V.
3. R1 là biến trở có công suất lớn để hấp thụ một phần dòng điện đi qua đèn công suất.
4. Cầu phân áp R5, VR1 và R6 tạo ra điện áp lấy mẫu và đưa vào chân B của đèn Q2.
5. Điốt zener Dz và R4 tạo ra điện áp chuẩn cố định so với điện áp đầu ra.
6. Q2 là đèn so sánh và khuếch đại hiệu điện thế => đưa vào điều khiển hoạt động của đèn công suất Q1.
7. R3 giao tiếp giữa Q1 và Q2, R2 phân chia điện áp cho Q1

* Nguyên lý làm việc.

1. Điện áp đầu ra sẽ có xu hướng thay đổi khi điện áp đầu vào thay đổi, hoặc dòng tiêu thụ thay đổi.
2. Cho rằng : Khi điện áp đầu vào tăng => điện áp đầu ra tăng => điện áp chân E đèn Q2 tăng hơn chân B (do Dz gim
   từ E chân đèn Q2 giảm Ura và Ulm chỉ chiếm một phần Ura) nên UBE giảm => đèn led Q2 giảm => đèn led Q1 giảm => điện áp ra giảm. Tương tự khi U in giảm thì qua mạch điều chỉnh => ta được Ura tăng. Thời gian điều chỉnh của vòng hồi tiếp rất nhanh, khoảng vài µ giây và được các tụ lọc đầu ra loại bỏ, không ảnh hưởng đến chất lượng của điện áp một chiều => kết quả là điện áp ra tương đối bằng phẳng.
3. Khi điều chỉnh biến trở VR1, điện áp lấy mẫu thay đổi, độ dẫn của đèn Q2 thay đổi, độ dẫn của đèn Q1 thay đổi => kết quả là điện áp ra thay đổi, VR1 dùng để điều chỉnh điện áp ra theo ý muốn.

4.3 – Mạch nguồn tivi nội địa Nhật.

Sơ đồ mạch ổn áp tuyến tính trong tivi màu nội địa Nhật.

1. C1 là tụ lọc nguồn chính sau cầu diode chỉnh lưu.
2. C2 là tụ lọc đầu ra của mạch nguồn tuyến tính.
3. Cầu phân áp R4, VR1, R5 tạo ra điện áp lấy mẫu ULM
4. R2 và Dz tạo ra điện áp tham chiếu Uc
5. R3 giao tiếp giữa Q3 và Q2, R1 được phân cực cho đèn công suất Q1
6. R6 là bộ chia dòng, điện trở công suất lớn.
7. Q3 là đèn so sánh và khuếch đại điện áp dò sai
8. Khuếch đại điện áp máy dò sai
9. Q1 đèn đầu ra công suất

=> Nguồn làm việc trong dải điện áp đầu vào có thể thay đổi 10%, điện áp đầu ra luôn cố định.