Để có thể thiết
kế được một bộ nguồn lượng tử đáp ứng được một yêu cầu sử dụng bất kỳ nào đó,
cần phải nắm vững những thông số cũng như những công thức tính cơ bản dưới
đây:
a. Điện
áp cung cấp
Chúng
ta luôn có hai khái niệm về điện áp cung cấp bao gồm: điện áp cung cấp đầu vào
cho toàn bộ hệ thống nguồn và tải được gọi là điện áp cung cấp chính VInput và
điện áp cung cấp ở lối ra của bộ nguồn cho tải sử dụng được gọi là điện áp cung
cấp VSupply hay
còn gọi là VOut.
Vì điện áp cung cấp ở lối ra của bộ nguồn cho tải theo yêu cầu là luôn được giữ
ở một giá trị không đổi nên ta có thể gán đặt VOut =
const. Và do điện áp vào VInput có
thể bị thay đổi nên cần phải xác định khoảng biến thiên của điện áp sao cho giá
trị cực tiểu của nó không bao giờ bé hơn giá trị của điện áp ra tức
là:
VInput
min >= VOut +
VS
Trong đó, VS chính
là điện áp rơi có thể gây ra trên các chuyển mạch (chủ yếu là tại chuyển mạch S1
tức là Q1).
Bất
đẳng thức trên chính là điều kiện cần và đủ để đảm bảo cho yêu cầu của mạch
nguồn không bị rơi vào tình trạng hoạt động theo cơ chế “tải dưới áp” tức là
tình trạng hoạt động khi điện áp đầu vào bị sụt giảm dưới mức qui
định.
Thông thường, nếu các transistor được điều khiển mở bão hoà thì điện áp rơi trên
các chuyển mạch tức là trên các transistor vào khoảng 0,6 ¸ 0, 7 Volt đối với
các transistor Sillicon và khoảng 0,3 ¸ 0, 4 Volt đối với các transistor
Germany.
Như vậy, khoảng biến thiên của điện áp vào được xác định bởi:
DU
= VInput
Max – VInput
min » VInput
Max - VOut
b. Cường
độ dòng điện cung cấp
Cường
độ dòng điện cung cấp được xác định bởi cường độ dòng điện tiêu thụ tối đa của
tải và tỷ số biến áp của mạch nguồn.
Theo
những chứng minh trên đây, nếu tỷ số biến đổi điện áp giữa đầu vào và đầu ra là
k thì tỷ số giữa cường độ dòng điện đầu ra và đầu vào cũng chính là
k.
Trên
thực tế tỷ số này là:
K
= k/Cosj =
IOut/IInput
Trong
đó, IOut:
Cường độ dòng điện ra tối đa cho tải, IInput:
Cường độ dòng điện cung cấp đầu vào cực đại của mạch nguồn và Cos j được
tạo bởi các tụ lọc nguồn của mạch nguồn lượng tử được xác định bởi các hệ thức
dành cho mạch xoay chiều và nối tiếp cho lần lượt hai trường hợp như đã phân
tích trên.
c. Cường
độ dòng điện điều khiển
Căn
cứ vào cường độ dòng điện cung cấp tối đa của mạch nguồn mà có thể xác định được
cường độ dòng điện điều khiển tối đa cần phải cung cấp cho các chuyển mạch
transistor Q1 và Q2.
Ta
biết rằng, cường độ dòng điện cung cấp cho tải thông qua các transistor được xác
định bởi hệ thức truyền đạt dòng điện của chính các transistor và lần lượt được
biểu thị bởi:
Ta
hãy gọi cường độ dòng điện đi qua cực Collecter của transistor là IC,
cường độ dòng điện qua cực Emmitter là IE và
cường độ dòng điện đièu khiển tác động vào cực Base của transistor là IB thì
ta sẽ có:
IE =
IC +
IB
IC = b.IB
Trong
đó, b:
Hệ số khuyếch đại cường độ dòng điện của transistor (được
xác định thông qua bảng tra cứu các thông số của
transistor).
Theo
các mạch nguyên lý nói trên, ta thấy rằng cường độ dòng điện cung cấp cho tải
chính là cường độ dòng điện do Q2 cung cấp thông qua dòng dẫn IC2 của
Q2 và cường độ dòng điện đầu vào của mạch nguồn chính là cường độ IC1 của
Q1. Vì thế, ta có thể lần lượt xác định được các cường độ dòng điện điều khiển
cho các transistor Q1 và Q2 như sau:
· Đối
với transistor Q2
Vì
cường độ dòng điện IC2 của
Q2 chính bằng cường độ dòng điện tiêu thụ tối đa của tải (được
tính theo trị tức thời) nên cường độ dòng điện điều khiển tối thiểu cần
phải cung cấp cho cực Base của Q2 phải là:
IB2 >=
IC2/b2 =
IOut/b2
Trong
đó, /b2:
Hệ số khuyếch đại cường độ dòng điện của Q2.
· Đối
với transistor Q1
Cường
độ dòng điện đầu vào dược xác định bởi:
IInput =
k.IOut/Cosj =
U.IOut/Ua.Cosj
Trong
đó, U: Điện áp vào cung cấp cho mạch nguồn, Ua:
Điện áp ra của mạch nguồn cấp cho tải, IOut:
Cường độ dòng điện ra của mạch nguồn cấp cho tải. Và Cos j là hệ số được tạo bởi
tổng dung kháng của các tụ C1 và C2 đối với thuần trở của tải tiêu
thụ.
Khi
đó, ta dễ chứng minh được rằng:
IInput >
U.IOut/Ua
Vì
thế, cường dộ dòng điện tối thiểu cần điều khiển cho transistor Q1 được xác định
bởi:
IB1 >
IInput/b1 >
U.IOut/b1.Ua
Chú
ý: Các tính toán nói trên nhằm để xác định các điều
kiện làm việc tối thiểu của các transistor chuyển mạch của nguồn lượng
tử.
Trên
thực tế, để tổn thất năng lượng trên các chuyển mạch điện tử Q1 và Q2 xảy ra ít
nhất thì các transistor nói trên chỉ làm việc trong hai trạng thái hoặc đóng
mạch tuyệt đối theo cơ chế dẫn bão hoà (điện áp khiển hoặc cường độ dòng khiển
cho cực Base đạt cực đại) hoặc ngắt tuyết đối theo cơ chế khoá điều khiển (điện
áp khiển và cường độ dòng điện khiển tại cực Base bằng 0) theo đúng nguyên
lý ngắt mở căn bản nhất.
d. Tần
số chuyển mạch
Các
hệ thức trên đã chứng minh rằng khả năng hiệu chỉnh công suất cung cấp cho tải
tỷ lệ với bình phương của tần số chuyển mạch nên việc điều chỉnh thay đổi tần số
chuyển mạch có vai trò tạo ra một điện áp trung bình cung cấp cho tải với một
giá trị gần như không thay đổi. Hay nói cách khác là quá trình ổn định điện áp
đầu ra và đáp ứng mức công suất cung cấp cho tải hoàn toàn phụ thuộc chính vào
sự thay đổi tần số chuyển mạch của mạch nguồn lượng tử.
Vì
thế, việc tính toán xác định “điểm đặt” của tần số chuyển mạch và khoảng biến
thiên của tần số theo khả năng hiệu chỉnh điện áp là một vấn đề rất quan
trọng.
Thật
vậy, ta cần phải xác định khả năng biến thiên của tải cả về trạng thái quá tải
(tải cực đại) và trạng thái không tải (tải cực tiểu) để có thể xác định được
khoảng biến thiên nói trên.
Thông
qua hệ thức (7) ở trên đã xác định được rằng:
DW
= (DUa.C1.f)2/2C1 =
(DUa.f)2.C1/2
(7)
Vì
thế, ta có thể dễ dàng xác định được rằng nếu đầu ra ở trạng thái không tải thì
cường độ dòng điện tải xem như bằng 0.
Khi
đó, cần phải chứng minh rằng để điện áp đầu ra trong trạng thái không tải luôn
được giữ ổn định thì tần số chuyển mạch phải bằng 0.Tức là:
Nếu
IOut =
0
Thì
f
= 0
Ngược
lại, khi tải cực đại thì tần số f cũng phải tăng cực đại để đáp ứng được công
suất tiêu thụ của tải và từ hệ thức (7) nói trên ta có thể rút ra được tần số
cực đại của chuyển mạch là:
WMax =
(Ua.f)2.C1/2 Þ fMax >=
(2WMax/C1.U2a)1/2
Tác
giả bài viết: Dr Trần Phúc Ánh
0 comments:
Post a Comment