Xác định công suất chịu đựng của transistor - Công ty TNHH Tam Hùng

Xác định công suất chịu đựng của transistor

Thứ hai - 21/01/2013 09:42
Xác định công suất chịu đựng của transistor

Xác định công suất chịu đựng của transistor

Việc xác định công suất chịu đựng hay còn gọi là công suất tổn thất và cũng còn được gọi là công suất rơi hay công suất ghánh trên transistor Q1 là PS hoàn toàn được xác định giống như đối với mạch nguồn thụ động.


Cũng giống như trong mọi trường hợp khác, cần phải chọn các transistor có công suất làm việc cực đại lớn hơn công suất tổn thất cực đại mà transistor phải làm việc thực tế ít nhất gấp 3 lần nếu được làm nguội tốt và phải gấp 10 lần nếu không được làm nguội tốt.

 

        Xác định các thông số trên transistor điều khiển

Bao gồm khoảng điện áp làm việc cho tiếp giáp C – E, B – E, cường độ IC và cường độ IB... Ta hãy lần lượt xác định dần các thông số này:

Để xác định được hiệu điện thế làm việc của tiếp giáp C – E của Q2 ta hãy dựa vào hệ thức § (52) ta có:

UC2E2 = VC2 – VE2 = VB1 – VE2 = VB1­ – VREF = (VSupply + UB1E1) – VREF               (e2)

Điều kiện để transistor Q2 có thể làm việc là cần phải xác định điện áp giữ mẫu là VREF  sao cho UC2E2 > 0,7V.

Ngoài ra, để có thể xác định được công suất chịu đựng trên transistor Q2, ta cần phải căn cứ vào cường độ dòng điện IC2 và sụt áp UC2E2 trên Q2:

Ta thấy rằng, cũng giống như đối với trường hợp xét cường độ dòng điện đi qua diode Zener D1, dòng điện IC2 đạt cực tiểu khi điện áp mạch ngoài VSupply giảm xuống hoặc do tải tiêu thụ mạnh. Ngược lại, khi điện áp VSupply tăng lên hoặc là do mạch ngoài ở trạng thái không tải thì cường độ dòng điện IC2 của Q2 sẽ được xác định bởi:

IC2 = (VCC Max - VB1)/R1 = [VCC Max – (VSupply + UB1E1)]/R1                (i2)

Với UB1E1 » 0,7V.

Như vậy, công suất hao tổn trên Q2 được xác định bởi hệ thức gần đúng:

PS2 » UC2E2.IC2

Thế các hệ thức (e2) và (i2) ở trên vào ta sẽ có:

PS2 » [(VSupply + UB1E1) – VREF].[VCC Max – (VSupply + UB1E1)]/R1

Ta cần phải chọn các transistor có công suất phù hợp với khả năng tổn thất năng lượng nói trên.

Cuối cùng, để xác định được chế độ làm việc của diode Zener, ta cần phải xác định cường độ dòng điện cực đại có thể qua nó. Theo sơ đồ nguyên lý ta thấy rằng, diode Zener D1 chịu hai dòng điện gồm dòng IE2 và dòng điện đi qua R2 là IR2. Và cũng theo những phân tích trên:

IE2 = I­C2 + IB2 » IC2

IR2 = (VCC Max – VREF)/R2

ID1 = IE2 + IR2

Ta lại thấy rằng nếu điện áp vào VCC đạt cực đại thì transistor Q2 có thể làm triệt tiêu cường độ dòng điện qua Base của Q1 tức là nó sẽ mở hoàn toàn để toàn bộ cường độ dòng điện do R1 tạo ra đều chạy qua nó:

IC2 » IR1

Từ đó, ta có thể xác định được cường độ dòng điện cực đại có thể qua diode Zener D1 bởi:

ID1 Max = IE2 Max + IR2 Max >= IC2 Max + IR2 Max » IR1 Max + IR2 Max

Vì thế nên cần phải xác định các cường độ nói trên sao cho cường độ dòng điện qua D1 không vượt quá giới hạn cho phép của nó.

Để có thể nâng được công suất ra cho các tải lớn, cần phải sử dụng các mạch Darling ton cho phần công suất như được trình bày ở hai hình nói trên.

Cách tính toán cho phần công suất sử dụng Darlington hoàn toàn giống như đã được trình bày trong phần nguồn thụ động.

 

·        Nguồn tích cực cho điện áp cao

Các mạch nguồn nói trên chỉ được sử dụng đối với các nguồn cung cấp có điện áp thấp dưới 24VDC. Còn đối với các trường hợp cần thiết kế cho điện áp cung cấp có hiệu điện thế cao, ví dụ như các máy thu hình Nội địa của Nhật hoặc một vài trường hợp khác sử dụng điện lưới với hiệu điện thế là 100 ¸ 120VAC và sẽ được biến đổi trực tiếp thành dòng một chiều thì hiệu điện thế của dòng điện một chiều lúc bấy giờ sẽ là:

VDC = VAC.21/2 » 1,41VAC

Trong đó, VDC là điện áp được qui đổi sang điện áp một chiều, VAC là điện áp hiệu dụng của dòng xoay chiều.

Với dòng xoay chiều cung cấp ban đầu là rất lớn nên sau khi được chỉnh lưu thì điện áp một chiều thu được lại càng lớn hơn. Khi đó, với điện áp rất cao, nó sẽ thường gây ra dòng nạp ban đầu vào các tụ lọc với cường độ rất lớn.

Tại thời điểm khi điện áp ban đầu trên tụ C2 bằng 0 thì dòng điện nạp cho nó là cực lớn và nó sẽ tạo ra cho tụ C2 một điện kháng ban đầu xem như là bằng 0 mà làm cho transistor Q1 gần như phải ghánh toàn bộ điện áp VCC do nguồn cung cấp nên nó sẽ tạo ra trên Q1 một công suất tức thời pQ1 cực lớn đúng bằng:

pQ1 = IC2 Max.VCC

 

Công suất tức thời này sẽ lớn gấp nhiều lần so với công suất chịu đựng cực đại cho phép của Q1 nên nó có thể làm hỏng Q1. Để tránh được tình trạng này, c

ần phải áp dụng một nguyên lý mới, đó là nguyên lý ổn áp phân dòng (tích cực) như hình dưới đây.

Để có thể đảm bảo tuổi thọ làm việc cho Q1 cần phải thiết lập cho Q1 một mạch bảo vệ bằng một điện trở phân dòng R5 (điện trở này được chọn loại điện trở có thể chịu được công suất rất lớn và nó có thể chịu được một nửa dòng tải giúp cho Q1).

 

*        Các thông số của R5

Khi đó, ta cần phải xác định các thông số của điện trở phân dòng R5 như sau:

Ta thấy rằng, điện trở phân dòng R5 ghép song song với transistor Q1 nên dòng tải I bằng tổng của hai dòng qua Q1 là IE1 và qua R5 là IR5:

I = IE1 + IR5

Trong đó, cường độ dòng điện mạch rẽ qua R5 được xác định bởi điện áp rơi (sụt áp) Vs trên transistor công suất Q1:

IR5 = VS/R5 = (VCC – VSupply)/R5

Vì thế, sự hiệu chỉnh dòng điện tải được tuân theo nguyên tắc khống chế cường độ dòng điện IE1 sao cho tổng cường độ của chúng luôn đúng bằng cường độ tiêu thụ tức thời của tải.

 

*        Xác định các cực tiểu

Theo hình trên, ta lại thấy rằng, dòng qua R5 được gọi là dòng không có khả năng khống chế vì nó chỉ được xác định bởi điện áp rơi trên Q1. Cho nên, sự ổn định điện áp của mạch này chỉ được thực hiện trên nguyên tắc là không chế và điều chỉnh dòng điện qua Q1 sao cho tổng hai cường độ dòng điện nói trên luôn thoả mãn dòng tải tiêu thụ tức thời.

Theo trên, ta dễ suy luận rằng cường độ dòng điện qua R5 luôn khác 0 vì điện áp rơi trên Q1 không bao giờ bé hơn 0,7V.

Vì thế, cần phải xác định giá trị cực tiểu của dòng tải Imin có thể cho phép (mạch này chỉ được áp dụng cho những trường hợp tải tối thiểu không được phép bằng 0 tức là đầu ra không được phép ở trạng thái không tải) sao cho khi tải cực tiểu thì điện áp ra được xác định bởi cường độ IR5 luôn đúng bằng VSupply, tức là:

Imin = (VCC­ – VSupply)/R5 >> 0

Hoặc phải xác định giá trị cực tiểu của R5 sao cho khi dòng tải cực tiểu và ngay cả khi điện áp vào cực đại thì điện áp ra vẫn được giữ nguyên.

R5 = (VCC Max – VSupply)/Imin

 

*        Các khoảng thay đổi

Từ những hệ thức cơ sở nói trên, chúng ta lại lần lượt xác định các thông số còn lại cho mạch nguồn phân dòng như sau:

 

 

        Khoảng thay đổi cho phép của điện áp vào: Sau khi xác định được giá trị của điện trở R5, khoảng biến thiên của điện áp vào cho phép phải được xác định sao cho dòng cực đại qua R5 là IR5 Max  chỉ được phép bé hơn hoặc bằng dòng tải cực tiểu tức là:

IR5 Max =< Imin

Tại sao lại như vậy, là bởi vì cường độ dòng tải là I bằng tổng của cường độ dòng điện qua R5 và cường độ dòng điện IE1 nên nếu ta hãy giả sử rằng khi điện áp vào tăng đến giá trị cực đại mà bộ điều khiển nguồn có thể khống chế được cường độ dòng điện IE1 min = 0 thì rõ ràng cường độ dòng điện của tải là Imin phải đúng bằng cường độ dòng điện cực đại qua R5 là IR5 Max, và lúc bấy giờ mạch nguồn bị rơi vào một tình trạng gọi là trạng thái mất khả năng khống chế tức là:

VCC Max = VSupply + VS Max Þ VS Max = VCC Max – VSupply

IE1 min = 0

Imin = IR5 Max = VS Max/R5

Vì thế, để tải không bị quá áp khi điện áp vào tăng mạnh hoặc do dòng tải thấp thì cần phải xác định giá trị cực tiểu của R5 và khoảng biến thiên của điện áp vào sao cho VCC Max không làm cho điện áp ra trên tải bị tăng lên trong khi tải chỉ đạt cực tiểu. 

 

Chú ý: Theo phần lý giải ở trên, ta thấy rằng, tại thời điểm ban đầu khi mới đóng điện vào mạch thì tụ C2 bắt đầu nạp điện với dòng cực lớn nên cần phải "ngắt" Q1 ra khỏi mạch nguồn để Q1 không làm việc, khi đó nó sẽ không phải chịu dòng tức thời (mà lúc này sẽ do điện trở phân dòng R5 thực hiện).

Muốn vậy, cần phải làm trễ thời gian hoạt động của Q1 bằng cách tạo ra một mạch R1C3 để làm trễ cường độ dòng điện IB1 sau một khoảng thời gian đúng bằng hằng số thời gian được tạo bởi t1 = R1.C3. Và thời gian t1 phụ thuộc t2 = R5.C2 do mạch hằng thời gian của R5 và C2 tạo thành sao cho:

t1 > t2 Û R1.C3 > R5.C2

Sau khoảng thời gian này thì Q1 mới bắt đầu hoạt động bình thường, tức là sau khi tụ C2 được nạp gần đầy điện áp do điện trở phân dòng R5 cung cấp thì Q1 mới bắt đầu làm việc.

Khi bị mất nguồn cung cấp thì diode D2 có nhiệm vụ giúp tụ C3 phóng xả điện tích của nó ra mạch ngoài càng nhanh càng tốt để nếu nguồn cung cấp lại có điện áp trở lại thì tụ C3 lại cón thể bắt đầu nạp lại dòng điện từ đầu để có thể làm trễ cho Q1.

Mặt khác, khi làm việc ở điện áp vào và ra cao thì transistor so sánh và hiệu chỉnh điện áp là Q2 phải chịu một hiệu điện thế được xác định bởi:

UC2E2 = VC2 – VE2 = VB1 – VREF

Hiệu điện thế này là khá lớn và có thể làm hỏng Q2 nên cần phải có ghép thêm một điện trở ghánh R4 để giảm áp cho Q2.

Giá trị của R4 được xác định sao cho nó có thể ghánh một nửa điện áp được tạo bởi VB1 – VREF khi cường độ dòng tải đạt giá trị trung bình (cường độ dòng tải trung bình IAve được xác định bởi bình quân của dòng tải cực đại IMax và dòng tải cực tiểu Imin tức là:

IAve = (IMax + Imin)/2 » IMax/2).
 

Chú ý: Do cấu hình Web không đáp ứng với các Công thức toán học nên hãy download file bên đây để xem các biểu thức chính xác hơn:  Tính toán nguồn dòng nối tiếp

 

Tác giả bài viết: Dr Trần Phúc Ánh

Tổng số điểm của bài viết là: 0 trong 0 đánh giá
Click để đánh giá bài viết

Những tin mới hơn

Những tin cũ hơn