Định nghĩa Nguồn Switching

Hình bên dưới đây mô tả một nguyên lý cơ bản của tất cả các loại Nguồn dòng Nối tiếp nói chung: Điều kiện để mạch nguồn nói trên có hiệu lực thì điện áp vào V_in phải luôn lớn hơn V_out cần phải cấp cho tải vì khi đó để khối nguồn có thể hoạt động được thì ít nhất phải có một lượng điện áp sụt trên nó và tổng điện áp được xác định gần đúng theo hệ thức dưới đây:

V_in = V_out + V_S

Trong đó: V_in là điện áp vào, V_out là điện áp mà tải yêu cầu và V_s là điện áp sụt trên khối nguồn.

 

          Điều đó có nghĩa rằng trên phương diện ổn định điện áp dù là đối với Nguồn Tuyến tính hay là Nguồn Switching thì nhiệm vụ của Hệ thống nguồn là phải gánh bớt điện áp dư giữa điện áp vào và điện áp ra sao cho điện áp ra giữ nguyên hay nói cách khác là điện áp vào lớn hơn điện áp ra cho tải bao nhiêu thì khối nguồn phải làm giảm sự chênh lệch đó bấy nhiêu.

Để làm giảm lượng điện áp dư của đầu vào so với điện áp cho tải, có thể dùng ‘thuần trở’ như kiểu Nguồn Tuyến tính hoặc có thể dùng các kiểu phức kháng hoặc Cảm kháng hoặc Dung kháng.

Đối với mạch Nguồn Tuyến tính thực chất đã áp dụng Phức kháng của các Linh kiện Công suất bán dẫn để làm sụt điện áp vào bảo cho điện áp ra không đổi, với phương pháp này thường gây nóng Công suất Nguồn và làm giảm Hiệu suất của Hệ thống Nuồn

Đối với Nguồn Switching, người ta áp dụng Cảm kháng để làm sụt bớt điện áp vào cũng tuân theo Hệ thức cơ bản dưới đây:

Tổng kháng của toàn mạch điện được xác định gần dúng là:

Z ≈ Z_L1 + (Z_C//Z_RL) = Z_L + Z_out

          Trong đó: Z_L1 là Cảm kháng của Cuộn dây L₁, Z_C//Z_RL = Z_out là Trở kháng hợp thành của Tụ lọc Nguồn C₁ với tải R_L.

          Từ đó, điện áp ra trên tải sẽ được xác định gần đúng là:

V_out ≈ V_in – V_ZL1

Chú ý: Đối với lý thuyết dòng xoay chiều, hệ thức trên còn phụ thuộc vào Cosφ của các phần tử trong mạch. Hệ thức trên chỉ là rút gọn để đơn giản cho sự mô tả nhằm tránh dài dòng về lý thuyết không cần thiết.

Tức là điện áp ra bằng hiệu của điện áp vào với điện áp sụt trên Cuộn dây L₁, vì vậy chỉ cần tạo ra sự thay đổi Trở kháng của Cuộn dây L₁ thì có thể làm thay đổi hoặc giữ ổn định được điện áp ra theo yêu cầu:

Theo Lý thuyết Điện – Từ thì Cảm kháng không có tác dụng đối với dòng điện một chiều mà Cảm kháng của một Cuộn dây bất kỳ chỉ có tác dụng đối với những dòng điện xoay chiều hoặc các dòng điện xung (dòng điện một chiều bị ngắt mở không liên tục) sao cho thể được xác định như dưới đây:

Z_L1 = 2πfL₁

Trong đó, f là tần số của dòng xoay chiều hay của các xung điện một chiều.

Vì vậy, để có thể tạo ra sự sụt áp của điện áp vào trên Cuộn L₁ nhằm làm giảm điện áp vào và cũng là để giữ cho điện áp ra được ổn định (vì điện áp ra luôn nhỏ hơn điện áp vào) thì cần phải biến điện áp vào thành dòng điện ngắt mở liên tục thì mới có thể tạo ra sụt áp trên Cuộn L₁ theo hệ thức gần đúng dưới đây:

V_s ≈ IZ_L1

Trong đó: V_s là điện áp sụt trên Cuộn L₁, I là Cường độ dòng điện cần cấp cho tải và Z_L1 là trở kháng của Cuộn L₁ như đã được xác định trên.

Ø     Làm phẳng điện áp ra

Theo trên, điện áp ra sẽ bị ‘băm’ thành một chuỗi của các xung điện liên tục nhau như hình bên.

Tuy nhiên, nhờ có sự phóng – nạp của Tụ lọc Nguồn C₁ mà điện áp ra trên tải sẽ được làm đều (san phẳng) tốt hơn sau các chu kỳ ngắt mở của điện áp vào.

Hình dưới đây mô tả tác dụng san phẳng của Tụ lọc Nguồn C₁ được đấu song song với tải.

          Nếu Tụ lọc C₁ có Điện dung càng lớn thì điện áp ra cho tải R_L sẽ càng bằng phẳng. Trị số tối thiểu của C₁ được xác định bởi hệ thức gần đúng dưới đây:

Q = U.C = I.t

          Trong đó: Q là điện tích được tích vào tụ phụ thuộc vào điện áp U (U = U_RL của tải cần sử dụng) đặt lên tụ và điện dung C của Tụ C₁ hoặc bằng tích số của Cường độ dòng điện nạp vào tụ với thời gian nạp t.

Dễ dàng suy ra rằng, để điện áp ra càng bằng phẳng thì Tụ lọc Nguồn C₁ phải có giá trị được xác định tối thiểu như dưới đây:

C ≥ I(T_on + T_off)/U

Trong đó: I là Cường độ dòng tải yêu cầu, T_on + T_off  = τ là Chu kỳ xung của dòng điện ngắt mở.