Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Chương I:
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ỔN ÁP DC
I. LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ ỔN ÁP
- Chức năng của mọi ổn áp DC và biến đổi điện áp vào DC ( một chiều)
thành điện áp ra DC xác đònh , ổn đònh và duy trì điện áp đó không đổi trên
một tầm rộng của các điều kiện điện áp vào và dòng tải. Để thực hiện việc
này, một ổn áp thường gồm có.
1. “Phần tử chuẩn” để cung cấp một mức điện áp ra ổn đònh biết trước
(V
REF
).
2. “Phần tử lấy mẫu” để lấy mẫu điện áp ra.
3. “Phần tử khuếch đại sai biệt” để so sánh mẫu điện áp chuẩn và tạo ra
tín hiệu sai biệt.
4. “Phần tử điều khiển” để biến đổi điện áp ra thành điện áp ra mong
muốn khi điều kiện tải thay đổi và được điều khiển bằng tín hiệu sai
biệt.
- Mặc dù mạch thật sự có sự thay đổi, nhưng có 3 kiểu ổn áp cơ bản là: Ổn
áp nối tiếp, song song (shunt) và xung (còn gọi là giao hoán hay ngắn đoạn).
Nhưng 4 thành cơ bản ở điều có ở cả 3 kiểu ổn áp đó.
Hình 1.1 Sơ đồ khối của một nguồn ổn áp cơ bản
II.CÁC THÀNH PHẦN CỦA ỔN ÁP
1.Phần tử chuẩn.
-Phần tử chuẩn là nền tản của tất cả các ổn áp và điện áp ra được điều
khiển trực tiếp bằng điện áp chuẩn V
REF
. Những biến đổi của điện áp chuẩn
Trang 1
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
qua khuếch đại sai biệt sẽ làm cho điện áp ra thay đổi theo. Để có được sự ổn

Is
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
-Người ta dựa vào phần tử này để phân loại ổn áp nối tiếp, song song hay
ổn áp xung(switching).
II.PHÂN LOẠI ỔN ÁP.
1. Ổn áp nối tiếp
• Ổn áp nối tiếp có tên là “nối tiếp” là dựa vào phần tử điều khiển, ở ổn
áp này phần tử điều khiển mắc nối tiếp với tải. Phần tử điều khiển thường là
một transistor và nó có chức năng như một điện trở thay đổi được(Rs). Tích số
của Rs và dòng tải IL làm cho sai biệt điện áp vào ra(Vi-Vo) thay đổi và điện
áp này bổ chính cho điện áp vào và dòng tải thay đổi.
• Ổn áp nối tiếp cơ bản được minh họa như hình vẽ sau:
Vo =Vref(1+R1/R2)
Với :Vref là điện áp chuẩn
• Bất lợi cơ bản của ổn áp nối tiếp là: Công suất tiêu thụ của nó phụ
thuộc vào dòng tải và sai biệt điện áp vào ra. Công suất tiêu thụ sẽ trở nên
đáng kể khi dòng tải tăng hay hiệu số điện áp vào ra tăng.
2. Ổn áp song song.
• Ổn áp song song dùng linh kiện tích cực mắc song song với tải và điều
khiển dòng diện qua nó để bù các biến động của các điện áp vào hay các
điều kiện tải thay đổi.
• Ổn áp song song cơ bản dược minh họa như hình vẽ sau:
Trang 3
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Với -V
ref
: điện áp chuẩn
-IL: dòng tải
-I
shunt

V
o
CoCi
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
4.Nguồn ổn áp xung
-Sơ đồ minh họa nguyên lý họat động của nguồn ổn áp xung.
-Khi công tắc hở, năng lượng tích trữ ban đầu trong mạch lọc được cấp
cho tải.Khi điện áp trên tải giảm dần đến lúc ngõ ra mạch so sáng đổi trạng
thái, công tắc đóng lại. Dòng điện từ nguồn vào Vs cung cấp năng lượng cho
tải và tích trữ trong mạch lọc. Do đó VL tăng, làm ngõ ra mạch so sánh đảo
trạng thái để mở công tắc. Tương tự khi dòng tải tăng, mạch so sánh sẽ điều
khiển công tắc trong thời gian lâu hơn so với thới gian mở công tắc để duy trì
điện áp ra ổn đònh; ngược lại, thời gian công tắc mở sẽ lâu hơn thời gian đóng
khi dòng tải bé.
-Phần tử điều khiển (transistor) nối tiếp lái dòng trong nguồn ổn áp
xung hoạt động ở chế độ đóng ngắt nên công suất tiêu tán rất bé so với
transistor lái dòng ở nguồn ổn áp tuyến tính phải dẫõn điện liên tục, nhất là khi
điện áp vào lớn hơn điện áp ra. Do đó hiệu suất của nguồn ổn áp xung
(khoảng 85%) cao hơn hiệu suất của nguồn ổn áp tuyến tính. Việc chon
transistor lái dòng và tỏa nhiệt cho nó đối với nguồn ổn áp xung sẽ đơn giản
hơn nhiều so với nguồn ổn áp tuyến tính, với cùng mức công suất ra tải
-Trong thực tế, công tắc transistor được điều khiển bằng một nguồn dao
động tần số cố đònh, có chu kỳ nhiệm vụ D=
T
Ton
được điều biến bởi điện áp
ngõ ra mạch so sánh. Tần số đóng mở cố đònh của công tắc transistor cho
phép tối ưu hóa các thành phần lọc, giảm được độ gợn sóng ngõ ra. Tần số
dao động có thể từ vài Khz đến vài chục Khz, tùy theo đáp ứng của transistor
lái.

ta chọn kiểu ổn áp xung để thiết kế mạch ổn áp 5V/10A; -15V/3A;+15V/3A
với mục đích là sẽ lợi dụng được những ưu điểm đó.
Trang 7
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Chương II:
NGUỒN ỔN ÁP XUNG
1. LINH KIỆN ĐÓNG NGẮT
-Ổn áp xung thường được sử dụng hai linh kiện bán dẫn đóng ngắt
thông thường như: thyristor (SCR), transistro công suất hay transistor trường.
1. Đóng ngắt bằng SCR
-Sự bất lơò khi dùng linh kiện đóng mở bằng SCR là chúng ta điều
khiển cả hai quá trình kích khởi và ngắt của SCR. Vì vậy làm phức tạp thêm
trong quá trình điều khiển và hạn chế việc nâng cao tần số.
-Theo nguyên lý SCR sẽ tự duy trì trạng thái dẫn điện sau khi được
kích. Muốn SCR đang ở trạng thái dẫn chuyển sang trạng thái tắt thì phải cho
IG=0 và điện thế VAK=0v. để SCR có thể tắt được thì thời gian VAK=0 đủ dài.
Vậy phải có thêm thời gian tắt SCR.
-Để SCR dẫn điện trong trường hợp điện thế VAK thấp thì phải có dòng
điện kích cực G của SCR. Dòng IG min là trò số dòng kích nhỏ nhất đủ để điều
khiển SCR dẫn và IG min có trò số lớn hay nhỏ tùy thuộc công suất của SCR.
Nếu SCR càng lớn thì IG min càng lớn.
-Với:
-t
off
=t
It = 0
+t
off SCR
-t
It

-Để đảm bảo cho BJT nằm ở trạng thái tắt thì VBE<Vγ
-Vγ: điện áp mở
Trang 9
V
BE
I
B
0
V
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
-Ic=ICBO có giá trò rất bé
-IE =0 tại điểm B
-Tại điểm B điện ápUCE=0 nên công suất tiêu hao P=Ic.UCE cũng rất
nhỏ.Tại A Ic=0 nên Pc công suất bé.
-Khi diểm làm việc di chuyển từ A điến B và ngược lại,trên đường
tải,trong vùng tích cực III,tất nhiên cũng tiêu hao công suất.song thời gian
chuyển dich rất ngắn .
*Điều kiện để transistor tiến sâu vào trạng thái bão hòa
β.IB > Ic
*Xung nhọn tức thời Ibtrong khoảng thời gian đóng ngắt cần kéo dài từ
2% đến 3% thời gian dẫn.
-Khi chọn transistor làm việc ở tầng công suất khóa đóng mở, ta chú ý
các đặc tính sau :Điện áp ngược 100 đến 1500V ,dòng điện thuận ,thời gian
chuyển mạch. (tần số chuyển mạch).
-Khóa đóng mở có thể dùng mạch ghép 2 transistor như mạch ghép
Dalington hay transistor MOS.
*Kết luận:
-Bộ nguồn switching dùng tansistor công suất tần số cao làm phần tử
đóng ngắt người ta hay dùng nhất.Bởi vì nó dễ tìm trên thò trường ,đáp ứng tần
số cao , giá thành không cao.Vậy trong phần thiết kế ta chọn linh kiện đóng
Trong đó :
-VC0:dao động được điều khiển bằng điện áp
-Đơn ổn:Khi có xung điều khiể mạch đơn ổn cho ra một xung có độ
rộng xung cố đònh rồi trở về trạng thái ban đầu.
-Tần số xung của mạch đơn ổn được thay đổi do xung kích từ VCO.
Thời gian dẫn của transistor được xác đònh bằng thời hằng của mạch đơn ổn
và được giữ cố đònh.đây là loại mạch cho phép điều chỉnh độc lập tần số xung
đối với độ rộng xung.
Trang 11
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
3.Bộ ổn áp switching thay đổi cả tần số và độ rộng xung.
-Đây là bộ ổn áp tự kích ,trên nguyên tắc tự dao động các điều kiện tác
động vào cả tần số và độ rộng xung của mạch.

Giải thích :Bộ khuếch đại sai lệch chính là mạch so sánh điện áp ra
(qua điện trở R3) với điện áp chuẩn . Khi điện áp ra của bộ ổn áp giảm, mạch
so sánh sẽ mở transistor (transistor dẫn) và khi điện áp ra tăng bộ khuếch đại
so sánh sẽ ngắt transistor giao hoán. Do tác động của vòng hồi tiếp sẽ điều
chỉnh sự biến thiên hai thông số này để ổn đònh điện áp ra.
*Tổng quát bộ ổn áp switching tạo ra sự thay đổi bề rộng xung tương
ứng với sự thay đổi điện áp vào chưa điều chỉnh.
*Nhận xét: Nếu ta yêu cầu chất lượng cao và tần số ổn đònh tránh cho
những linh kiện ở bộ lọc phải lớn (vì tần số danh đònh tắt mở phải lớn hơn
nhiều lần tần số lưới mà ở đây là tần số biến thiên không biết trước được)
*Kết luận:
Qua việc khảo sát các phương pháp điều chỉnh trên và với các ưu
khuyết điểm của nó. Ta chọn phương pháp điều rộng xung, giữ tần số cố đònh
để dễ chọn linh kiện đáp ứng yêu cầu tần số.

ra. Điện áp này cũng phải qua cuộn dây . Khi transistor ngắt, dòng đã lưu trữ
trong cuộn làm cho diode phân cực thuận và cho phép dòng trở về tải.
- Mỗi chu kỳ làm việc gồm 2 giai đoạn :
* Giai đoạn 1: D < t < Dt
Trang 13
L
V o
C
R
V s
i
+
+
-
-
.
.
V o
C v
C
R
i
D s b
V o
L
1
T = T o n + T o f f
D C X
V s
C o n t r o l

- Vậy i
L
biến thiên tuyến tính theo thời gian này lượng tích lũy vào R,C
cung cấp cho phụ tải.
i
L
=
+
−
t
L
VoV
S
.
I
Lmin
-I
L
tăng từ I
Lmin
đến I
Lmax
trong thời gian αT
i
L
=
L
V-V
OS
t + I

t
V - V
D
i
i
t
t
T
DT
TDT
S
0
l
CX
Dsb
i = i
1 Dsb
i = i
Dsb
1
L
i
V
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
-DCX ngưng dẫn, nhờ có D
sb
nên i
L
vẫn liên tục vì D
sb

-Đại lượng tăng dòng bằng đại lượng giảm dòng :
Cộng (2-1) và (2-2) => V
0
= D.Vs với D =
T
Ton

T
T
on
Ta có : I
o
=
R
VII
LL 0minmax
2
=
+
( 2-3 )
Vậy : I
Lmax
= DV
s







-Điều kiện để có dòng liên tục là I
Lmin
= 0
Vậy : L = (1-D )
f
R
2
-Điện áp gợn sóng ∆V
r
được tính như sau :
-Trong nửa chu kỳ C được nạp thêm điện lượng :
∆Q =
222
1
minmax
T
x
II
LL






−
(2- 4 )
Trang 15
0
t

LL
.
8
minmax
-Thay T =
f
1
và ( I
Lmax
-I
Lmin
) = ( 1 - D ).T
∆V
o
=
( )
2
0
2
0
.8
)1(
8
1
fLC
DV
C
TD
L
V

=
Lf
VDDI
s
2
)1(
0
−+
- Diode D
sb
:
V
Dsbmax
= V
s
I
Dsbmax
=
Lf
VDDI
s
2
)1(
0
−+
I
Dbstrung bình
= (1-D).I
0
(2- 7)

d
iL
; điện
năng tích lũy vào L, C vẫn cấp điện cho tải.
-
*Giai đoạn 2.
-DCX ngưng dẫn, i
L
vẫn liên tục do D dẫn vào phụ tải, L phóng điện
vào tải.
V
L
= V
s
- V
o
; V
o
> V
s
i
L
=

I
D
=
L
VV
OS

DT
DT
C
i
S
DT
DCX
DCX
i
i
L
i
=
=
i
i
DCX
DCX
i
L
Lmax
2
S
T
T
T
T
t
t
Lmin

-Cân bằng công suất vào với công suất ra :
Ta có :
2
1
[ I
Lmax
+ I
Lmin
] V
S
=
R
V
2
0
(2-10)
-Từ (2-9) và (2-10) :
Ta có : I
Lmmax
+ I
Lmin
=
22
)1(
2
DR
V
S
−
(2 - 11)

2
.
-Điều kiện dòng liên tục :
I
Lmin
=
2
)1( DR
V
S
−
-
Lf
DV
S
2
.
= 0
L =
2
)1(.
2
DD
f
R
−
-Để tính được điện áp gợn sóng ∆V
0
hay dòng điện tại tụ lọc C
-Điện lượng nạp thêm vào tụ điện C là ∆I

f = 1/T : Tần số đóng ngắt
Trang 18
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Vậy : ∆V
0
=
D
RfC
V
C
Rf
DV
o
o
.=
* Chỉ tiêu các linh kiện :
- Transitor DCX : V
DCXmax
= V
S
+ V
o
I
DCXmax
=
Lf
DV
D
Io
S

Sơ đồ Buck Boost
*Mạch hoạt động được chia làm 2 giai đoạn.
- Giai đoạn 1 : Transistor Q
1
dẫn và diode D
m
bò phân cực ngược.
Dòng ngõ vào tăng và chảy vào cuộn cảm L, Q
1
- Giai đoạn 2 : Transistor Q
1
ngắt , năng lượng tích trữ trong L và
dòng cuộn cảm ứng tuyến tính từ I
2
đến I
1
, trong khoảng t
2
Vo = -L
2
t
I∆
=> t
2
=
Vo
LI.∆−
∆I =
L
tVo

s
I
i
1
C o n t r o l
c i r c u i t
V o
- -
L
,
L
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
-Thay t
1
= DTvà t
2
= ( 1 - D) T
-Điện áp trung bình ngõ ra :
Vo = -
D
DV
S
−1
.
( 2-15 )
-Với D là hệ số chu kỳ
-Giả sử mạch không tổn hao : V
S
I
S

f .
)(.1
21
−∆
=
∆
−
∆
=+=
- Và dòng gợn sóng đỉnh đỉnh : ∆I =
)(
.
0
SO
S
VVfL
VV
−
∆I =
Lf
DV
S
.
.

- Dòng xả trung bình của tụ I
C
= I
o
-Và điện áp gợn sóng đỉnh- đỉnh của tụ là :

C
=
Cf
DI
O
.
- Ưu, nhược điểm chung của 3 loại : Buck, Boost, Buck - Boost
convertes.
* Ưu điểm :
-Cả ba converter đều không sử dụng biến áp nên diện tích chiếm chỗ
của bộ nguồn nhỏ.
*Nhược điểm :
-Sự phản hồi của điện áp ổn đònh ngõ ra chung DC với sự phản hồi của
ngõ vào DC chưa lọc. Nhưng vì người sử dụng thường cần có điện áp DC
ngõ ra ổn đònh thứ hai mà phải được cách điện DC với điện áp ngõ ra ổn
đònh thứ nhất. Vì vậy khó có thể thiết kế được nhiều ngõ ra cho bộ nguồn.
Trang 20
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
IV. PUSH - PULL CONVERTER
Mạch Push - Pull như sơ đồ sau:
- Nó gồm 1 biến áp T
1
với nhiều cuộn thứ cấp N
S1
, N
S2
, N
m
và một mạch
điều khiển độ rộng xung bằng điện áp DC. Các ngõ ra điện áp V

m
V
m
=
T
Ton
N
N
V
p
m
dc
2
5,0)1(








−








S
dc
2
5,0)1(
2








−








−
 Mức điện áp trên một vòng :
N
E
= Ae ( dB/dt) x 10
-8
-Ae : là tiết diện lõi sắt ( cm
2

+8

Với:- E: Điện áp rơi trên lõi cuộn dây( hay cuộn dây biến áp )
-N : Số vòng dây(vòng)
-A
e
: Tiết diện lõi ( cm
2
)
-dB : ( Gauss )
> dB =
NAe
E
dt
8
10.
+
( Gauss )
- Số vòng dây sơ cấp được xác đònh như sau :
+N
p
: Được tính với điện áp đặt lên cuộn sơ cấp là nhỏ nhất (V
dc
-1)
và thời gian mở là cực đại.
N
p
=
dBAe
xTV







p
m
N
N
- 0,5]
T
Ton2

V
S1
= [(V
dc
- 1 )








−1
2
p

= 0,8P
in
-Hay P
in
= 1,25P
0
= V
dcmin
.0,8I
pft
-Vậy I
pft
= 1,56
min
0
dc
V
P
(2-20)
Trang 23
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
 Tính toán dòng điện sơ cấp hiệu dụng và tiết diện dây dẫn :
I
rms =
I
pft
D
= I
pft


d c
-Với I
dc
dòng điện ngõ ra.
 Thiết kế bộ lọc ngõ ra.
1) Thiết kế cuộn cảm ngõ ra :
dI = 2I
dcmin
= V
L
.
0
L
Ton
= (V
1
- V
0
)
0
L
Ton
N
0
= V
1
(2Ton/T) thì Ton =
1
0
2V

= 1,25V
0
dI =
0
00
)2/8,0)(25,1(
L
TVV −
= 2I
dcmin
Và L
0
=
min
0
.05,0
dc
I
TV
Trang 24
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Nếu dòng I
dcmin
=
10
1
I
on
Vậy : L
0

: Điện trở trong của tụ C
0
-dI : Dòng điện đỉnh đỉnh cuộn cảm.
-Tích số R
0
.C
0
thay đổi giữa 50 -80 x 10
-6
C
0
=
dIV
x
R
x
r
/
10801080
6
0
6 −−
=
C
0
=
* Ưu điểm và nhược điểm :
1) Ưu điểm
- Converter này phân phối năng lượng ra tải qua biến áp. Vì vậy sự
phản hồi điện áp ngõ ra được cấp điện DC với ngõ vào và có nhiều cuộn thứ