Bộ điều chỉnh điện áp IC

Một bộ ổn áp điện áp là một trong những mạch điện tử phổ biến nhất trong bất kỳ thiết bị nào. Một điện áp ổn định (không có biến động và mức độ nhiễu) rất quan trọng đối với việc hoạt động mượt mà của nhiều thiết bị điện tử kỹ thuật số. Trường hợp thông thường là với bộ điều khiển vi điều khiển, nơi một điện áp đầu vào ổn định mượt mà phải được cung cấp để bộ điều khiển vi điều khiển hoạt động trơn tru.

Bạn có thể thích bài viết này về Nguồn Cấp Điện Ổn Định

Các bộ ổn áp điện áp có các loại khác nhau. Trong bài viết này, chúng tôi quan tâm chủ yếu đến bộ ổn áp điện áp dựa trên IC. Một ví dụ về bộ ổn áp điện áp dựa trên IC phổ biến trên thị trường là IC 7805 phổ biến, điều chỉnh điện áp đầu ra tại 5 volt. Bây giờ chúng ta hãy đến với định nghĩa cơ bản của một bộ ổn áp điện áp dựa trên IC. Đó là một mạch tích hợp mục tiêu cơ bản của nó là điều chỉnh điện áp đầu vào không ổn định (chắc chắn trong một phạm vi xác định trước) và cung cấp với một điện áp đầu ra ổn định, không đổi.

Một bộ ổn áp điện áp dựa trên IC có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau. Một loại phổ biến của việc phân loại là bộ ổn áp điện áp 3 chân và bộ ổn áp điện áp 5 hoặc đa chân. Một cách phổ biến khác để phân loại bộ ổn áp điện áp dựa trên IC là xác định chúng là bộ ổn áp điện áp tuyến tính và bộ ổn áp điện áp chuyển đổi. Có một bộ phân loại thứ ba như sau: 1) Bộ ổn áp điện áp cố định (dương và âm) 2) Bộ ổn áp điện áp điều chỉnh (dương và âm) và cuối cùng 3) Bộ chuyển đổi. Trong phân loại thứ ba này, bộ ổn áp điện áp cố định và điều chỉnh cơ bản là phiên bản của bộ ổn áp điện áp tuyến tính.

Sơ đồ khối của Bộ ổn áp điện áp dựa trên IC 3 Chân Chúng tôi đã cung cấp dưới đây sơ đồ khối của một bộ ổn áp điện áp dựa trên IC 3 chân.

Bộ ổn áp điện áp cố định

Những bộ ổn áp này cung cấp một điện áp đầu ra không đổi. Một ví dụ phổ biến là IC 7805 cung cấp một điện áp đầu ra ổn định là 5 volt. Một bộ ổn áp điện áp cố định có thể là bộ ổn áp điện áp dương hoặc bộ ổn áp điện áp âm. Một bộ ổn áp điện áp dương cung cấp một điện áp đầu ra dương không đổi. Tất cả các IC trong loạt 78XX đều là bộ ổn áp điện áp dương cố định. Trong ký hiệu IC - 78XX; phần XX đề cập đến điện áp đầu ra được thiết kế cho IC đó. Ví dụ: - 7805, 7806, 7809 v.v.

Một bộ ổn áp điện áp âm cố định giống như bộ ổn áp điện áp dương cố định về thiết kế, cấu trúc và hoạt động. Sự khác biệt duy nhất là trong định hướng của điện áp đầu ra. Các IC này được thiết kế để cung cấp một điện áp đầu ra âm. Ví dụ: - 7905, 7906 và tất cả các IC trong loạt 79XX.

Bộ ổn áp điện áp có thể điều chỉnh được

Một bộ ổn áp điện áp có thể điều chỉnh là loại bộ ổn áp mà điện áp đầu ra ổn định có thể được thay đổi trong một phạm vi. Có hai biến thể của bộ ổn áp điện áp này; được biết đến là bộ ổn áp điện áp dương điều chỉnh và bộ ổn áp điện áp âm điều chỉnh. LM317 là một ví dụ kinh điển về bộ ổn áp điện áp dương điều chỉnh, mà điện áp đầu ra có thể được thay đổi trong phạm vi từ 1,2 volt đến 57 volt. LM337 là một ví dụ về bộ ổn áp điện áp âm điều chỉnh. LM337 thực tế là bổ sung của LM317 có hoạt động và thiết kế tương tự; với sự khác biệt duy nhất là phương hướng của điện áp đầu ra ổn định.

Có thể có những điều kiện nhất định khi một điện áp có thể điều chỉnh là cần thiết. Bây giờ chúng ta sẽ thảo luận về cách kết nối IC bộ ổn áp điện áp dương điều chỉnh LM317. Sơ đồ kết nối được hiển thị dưới đây.

Các điện trở R1 và R2 xác định điện áp đầu ra Vout. Điện trở R2 được điều chỉnh để có được phạm vi điện áp đầu ra từ 1.2 volt đến 57 volt.

Trong mạch này, giá trị của Vref là điện áp tham chiếu giữa các terminal điều chỉnh và đầu ra, được lấy là 1.25 Volt.

Trong phương trình trên, do giá trị rất nhỏ của Iadj, giả sử bỏ qua sự giảm điện áp do R2.

Độ ổn áp tải là 0.1 phần trăm trong khi độ ổn áp dòng điện là 0.01 phần trăm mỗi volt. Điều này có nghĩa là điện áp đầu ra chỉ thay đổi 0.01 phần trăm cho mỗi volt điện áp đầu vào. Khả năng loại bỏ sóng nhấp nháy là 80 dB, tương đương với 10,000.

Dòng điều chỉnh LM337 series của bộ ổn áp điện áp có thể điều chỉnh là sự bổ sung cho các thiết bị trong dòng LM317. Các bộ ổn áp điện áp âm có thể điều chỉnh có sẵn trong các tùy chọn điện áp và dòng điện giống như các thiết bị LM317.

Các mạch khác sử dụng bộ ổn áp điện áp có thể điều chỉnh:

1. Bộ ổn áp điện áp có thể điều chỉnh 13 volt sử dụng IC LM338

2. Bộ ổn áp điện áp có thể điều chỉnh 25 volt sử dụng IC LM117

Bộ ổn áp LM340 Series Voltage Regulator

Bộ ổn áp sử dụng IC LM340 là một trong những IC ổn áp điện áp được sử dụng nhiều nhất. Như được hiển thị trong sơ đồ khối ở trên, điện áp tham chiếu Vref

điều khiển đầu vào không đảo của bộ khuếch đại hoạt động. Có nhiều giai đoạn của khuếch đại điện áp cho op-amp được sử dụng ở đây. Sự gia tăng cao này giúp op-amp làm cho điện áp lỗi giữa các terminal đầu vào ngược và không đảo gần như bằng không. Do đó, giá trị của terminal đầu vào ngược cũng sẽ giống như terminal không đảo, Vref. Do đó, dòng chảy qua bộ chia điện có thể được viết là

Điện trở R2 được hiển thị trong hình không phải là một thành phần ngoại vi được kết nối với IC, mà là một điện trở nội bộ được xây dựng bên trong IC trong quá trình sản xuất. Do các điều kiện trên, cùng một dòng điện chảy qua R1. Do đó, điện áp đầu ra có thể được viết là

IC này có một transistor dòng điện tuần tự có thể xử lý hơn 1.5 A dòng tải miễn là đủ tản nhiệt được cung cấp cùng với nó.

Tương tự như các IC khác, IC này cũng có tùy chọn bảo vệ nhiệt độ và giới hạn dòng điện. Bảo vệ nhiệt độ là một tính năng sẽ tắt IC ngay lập tức khi nhiệt độ nội bộ của IC tăng lên trên giá trị được cài đặt trước. Sự tăng nhiệt độ này chủ yếu có thể do điện áp bên ngoài quá mức, nhiệt độ môi trường hoặc thậm chí là do việc tản nhiệt. Giá trị cắt nhiệt độ cài đặt trước cho IC LM340 là 175°C. Do bảo vệ nhiệt độ và giới hạn dòng điện, các thiết bị trong dòng LM340 gần như không thể bị hỏng.

Hình vẽ trên cho thấy ứng dụng của IC LM340 làm bộ ổn áp điện áp. Chân 1, 2 và 3 lần lượt là nguồn điện đầu vào, nguồn điện đầu ra và đất.

Khi có khoảng cách xa (tính bằng cm) từ IC đến bộ lọc tụ của nguồn cấp điện chưa ổn định, có thể xảy ra dao động không mong muốn trong IC do đặc tính cuộn dây của dây chân trong mạch. Để loại bỏ dao động không mong muốn này, tụ C1 cần được đặt như được hiển thị trong mạch.

Tụ C2 đôi khi được sử dụng để cải thiện phản ứng tạm thời của mạch.

Bất kỳ thiết bị nào trong dòng LM340 đều cần một điện áp đầu vào tối thiểu ít nhất cao hơn điện áp đầu ra đã điều chỉnh từ 2 đến 3 V. Nếu không, nó sẽ ngừng điều chỉnh. Hơn nữa, có một điện áp đầu vào tối đa do sự tiêu thụ năng lượng quá mức.

Bạn cũng có thể tham khảo: IC 723 Voltage Regulators Bộ khuếch đại điện áp chuyển mạch Bộ khuếch đại điện áp chuyển mạch khác biệt trong thiết kế, cấu trúc và hoạt động so với bộ khuếch đại điện áp tuyến tính. Trong bộ khuếch đại điện áp chuyển mạch, điện áp đầu ra được điều chỉnh bằng cách kiểm soát thời gian chuyển mạch của mạch phản hồi (bao gồm điện áp tham chiếu); điều này được thực hiện bằng cách điều chỉnh chu kỳ nhiệm vụ. Các bộ điều chỉnh được thảo luận ở trên đều là các bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính cần có một transistor dòng điện tuần tự để điều chỉnh trong vùng hoạt động. Mặc dù chúng được chọn cho các mục đích khác nhau, chúng đều có nhược điểm về sự tiêu thụ công suất cao của transistor dòng điện tuần tự. Nguyên nhân chính là transistor dòng điện tuần tự được sử dụng như một khuếch đại công suất lớp A được biết đến với hiệu suất thấp và tổn thất công suất dưới dạng nhiệt. Điện trở dòng điện tuần tự sẽ phải chịu gánh nặng khi dòng tải tăng. Điều này khiến transistor dòng điện tuần tự trở nên to bản với tản nhiệt lớn hơn. Điều này lại tăng chi phí tổng thể. Các bộ ổn áp tuyến tính như vậy cũng cần một bộ biến áp hạ thế, điều này lại tăng kích thước của mạch tổng thể. Các sóng rất lớn được tạo ra bởi mạch cần phải được loại bỏ và điều này đòi hỏi các tụ lọc kích thước lớn.

Tất cả các vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách sử dụng bộ ổn áp điện áp chuyển mạch. Toàn bộ hoạt động hoàn toàn khác biệt so với một bộ ổn áp điện áp tuyến tính. Ở đây, transistor dòng điện tuần tự không được sử dụng như một bộ khuếch đại, mà được sử dụng như một công tắc. Đó là, thay vì transistor hoạt động trong vùng hoạt động, nó được làm chuyển đổi giữa vùng bão hòa hoặc vùng cắt tắt. Do đó, sự tiêu thụ năng lượng được giảm bớt và do đó có thể mang dòng tải nặng ở điện áp thấp với tản nhiệt nhẹ hơn. Do đó, bộ ổn áp này thường được sử dụng rộng rãi trong máy tính cá nhân.

Bộ ổn áp chuyển mạch giảm áp Như được thể hiện trong hình vẽ trên, các xung hình chữ nhật được đưa vào cơ sở của transistor. Trong mỗi chu kỳ của xung, transistor thay đổi giữa chế độ bão hòa và cắt tắt. Điều này tạo ra một điện áp hình chữ nhật tại đầu vào của bộ lọc LC. Các thành phần AC của điện áp đầu vào đến bộ lọc bị chặn và thành phần DC được cho phép đi qua bộ lọc. Khi transistor tiếp tục chuyển đổi, giá trị trung bình luôn luôn nhỏ hơn điện áp đầu vào. Đây là lý do tại sao chúng ta gọi nó là "bộ ổn áp chuyển mạch giảm áp".

Bộ ổn áp chuyển mạch tăng áp Như được thể hiện trong hình vẽ trên, các xung hình chữ nhật được đưa vào cơ sở của transistor. Trong mỗi chu kỳ của xung, transistor thay đổi giữa chế độ bão hòa và cắt tắt. Khi transistor ở trạng thái bão hòa, dòng điện chảy qua cuộn dây của cuộn cảm. Khi transistor chuyển sang trạng thái cắt tắt, một điện áp lớn sẽ được tạo ra qua cuộn cảm do sự sụp đổ đột ngột của trường từ xung quanh nó. Do đó, dòng điện tiếp tục chảy theo hướng cùng chiều. Mạch này được gọi là "bộ ổn áp chuyển mạch tăng áp" vì điện áp được tạo ra bởi cuộn cảm sẽ lớn hơn so với điện áp đầu vào.

Bộ ổn áp chuyển mạch đảo chiều cực Như được thể hiện trong hình vẽ trên, khi transistor ở trạng thái bão hòa, dòng điện chảy qua cuộn cảm. Khi transistor chuyển sang trạng thái cắt tắt, một điện áp lớn sẽ được tạo ra qua cuộn cảm do sự sụp đổ đột ngột của trường từ xung quanh nó. Do đó, dòng điện tiếp tục chảy theo hướng cùng chiều. Vì transistor ở trạng thái cắt tắt, đường dẫn duy nhất là qua tụ điện. Nếu kiểm tra hướng dòng điện sạc qua tụ điện, điện áp đầu ra được xác định là âm.

Một bộ ổn áp chuyển mạch đơn giản được thiết kế với sự kết hợp của các mạch mà chúng ta đã biết. Quá trình làm việc bắt đầu với bộ dao động thư giãn tạo ra một sóng vuông. Tần số của sóng vuông được quyết định bởi các giá trị của R5 và C3. Sóng vuông được đưa vào bộ tích phân và tạo ra một sóng tam giác ở đầu ra. Đây được đưa vào terminal dương của bộ chuyển đổi sóng tam giác thành xung. Xung ra sau đó sẽ kích hoạt cơ sở của transistor chuyển mạch. Tỷ lệ trực thời của các xung này sẽ quyết định điện áp đầu ra.

Tỷ lệ trực thời D là tỷ lệ của thời gian BẬT W so với chu kỳ T. Bằng cách kiểm soát tỷ lệ trực thời của máy phát xung, tỷ lệ trực thời của điện áp đầu vào vào bộ lọc LC được kiểm soát. Đầu ra của bộ lọc LC là một điện áp DC chỉ có sóng nhỏ.

Vout = DVin

Vì D có thể thay đổi từ 0 đến 1, Vout có thể thay đổi từ 0 đến Vin.

Một bộ chia điện cơ bản được sử dụng để mẫu từ đầu ra của bộ lọc LC. Điện áp này sau đó được phản hồi lại mạch so sánh trong đó một điện áp tham chiếu Vref được so sánh với điện áp đầu ra và được truyền vào terminal âm của bộ chuyển đổi sóng tam giác thành xung.

Khi điện áp đầu ra tăng, mạch so sánh tạo ra một điện áp đầu ra cao hơn và do đó, giá trị đầu vào đảo của bộ chuyển đổi sóng tam giác thành xung sẽ cao. Điều này sẽ làm thu hẹp xung tại đầu vào của transistor chuyển mạch. Vì tỷ lệ trực thời thấp hơn, điện áp đầu ra được lọc ít hơn, điều này sẽ hủy bỏ gần như tất cả sự tăng ban đầu của điện áp đầu ra. Điều này có nghĩa là bất kỳ sự tăng cường nào về điện áp đầu ra đều tạo ra một điện áp phản hồi tiêu cực gần như loại bỏ sự tăng ban đầu. Ngược lại xảy ra khi điện áp đầu ra giảm.

Có đủ lợi nhuận mở trong hệ thống để đảm bảo một điện áp đầu ra ổn định. Vì điện áp lỗi đến bộ so sánh gần như bằng không, điện áp qua R2 gần như bằng Vref. Vì vậy, dòng điện qua résistor R2 là:

I = Vref / R2

Dòng điện này chảy qua R1, điều này có nghĩa là điện áp đầu ra là

Vout = Vref (R1 + R2)

Các bộ ổn áp chuyển mạch có sẵn trong các cấu hình khác nhau như cấu hình flyback, feed-forward, push-pull, và các loại không cách ly hoặc có cực đơn.

Một số IC thông dụng được sử dụng như bộ ổn áp chuyển mạch trong các cấu hình trên là các IC LM 1577/LM 2577.

Sử dụng Bộ ổn áp chuyển mạch với LM 2575 và LM 2577 Các IC này được thiết kế bởi National Semiconductor. Cả hai IC này đều được biết đến với sự tối thiểu hóa các thành phần và tính dễ sử dụng. Các IC này cũng có ưu điểm của việc bù tần số nội và bộ dao động có tần số cố định.

Dưới đây là sơ đồ mạch của bộ ổn áp chuyển mạch sử dụng LM 2575. IC này được biết đến với hiệu suất cao và có thể thay thế tất cả các bộ ổn áp đơn giản 3 chân. Hiệu suất cao của IC có thể được đạt được ngay cả khi không sử dụng tản nhiệt.

Sơ đồ mạch bộ ổn áp chuyển mạch LM 2577 được cung cấp dưới đây. Cả hai IC này có sẵn cho các mức điện áp khác nhau như 12 volt và 15 volt và có thể điều chỉnh.

Bộ ổn áp chuyển mạch sử dụng IC LM 1578A IC LM 1578A cũng được phát triển bởi National Semiconductors và được sử dụng làm bộ ổn áp chuyển mạch cho các ứng dụng như biến đổi điện áp dc-dc, cấu hình nghịch và biến đổi buck-boost. Sơ đồ khối chức năng của IC như một bộ ổn áp chuyển mạch được hiển thị dưới đây.

Từ sơ đồ chức năng, chúng ta có thể thấy rằng IC có một mạch so sánh với một đầu vào đảo và không đảo cùng với một đầu tham chiếu 1 volt nội cho mỗi đầu vào, điều này rõ ràng đơn giản hóa thiết kế mạch và bố trí PCB. IC này được biết đến với tính linh hoạt trong thiết kế bằng cách cung cấp các chân đầu ra cho nguồn điện (Chân 6) và bộ khuếch đại (Chân 5). Đầu ra của IC có thể chuyển đổi tối đa 750 miliAmp. Tùy thuộc vào loại sử dụng của IC, một terminal giới hạn dòng điện bên ngoài có thể được tham chiếu đến terminal Mát (Chân 4) hoặc terminal Vin (Chân 8). Điện áp hoạt động của IC có thể biến đổi từ (2-40) volt. IC cũng có khả năng giới hạn dòng điện và tắt nhiệt. Ngoài ra, LM 1578A có một bộ dao động trên bo mạch, điều chỉnh tần số chuyển đổi với một tụ điện ngoại vi duy nhất từ < 1 Hz đến 100 kHz ( điển hình). Tỷ lệ trực thời lên đến 90%.