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 dư