Các phương án Switching

•      Thay đổi Tần số Switching;
•      Thay đổi số lượng xung liên tục;
•      Thay đổi độ rộng xung (Điều chế Độ rộng Xung)

 Trong phạm vi giới thiệu của Giáo trình này chỉ quan tâm đến phương án Điều chế Độ rộng Xung (Pulse Width Modulation – PWM) như được mô tả ở mô hình bên đây: Với Tần số ngắt mở (Switching) không đổi là f = 50KHz và cùng một điện áp vào không đổi là 10V nhưng với bề rộng (Độ rộng) của Xung càng hẹp thì điện áp ra trung bình càng thấp. Ngược lại. nếu Xung càng rộng thì điện áp ra trung bình càng cao.

 

•     Ảnh hưởng của Cuộn chặn L₁

Để có thể hiểu rõ hơn vai trò của các linh kiện cơ bản và cần thiết phải có trong một Hệ thống Nguồn Switching, cần phải nghiên cứu thêm những tính chất Vật lý của nó như dưới đây:
 

•      Khi Chuyển mạch đóng (T_on)

  Khi Hệ thống Nguồn Switching đóng mạch cho dòng điện chạy vào tải thì đồng thời nó sẽ nạp vào Tụ lọc Nguồn C₁ và được chặn một phần điện áp bởi Cuộn chặn L₁ nhằm hạn chế mức tối đa của điện áp ra không được vượt quá giá trị yêu cầu của tải.

Lúc này một đầu của Cuộn chặn L₁ ở phía đầu vào được nối trực tiếp với điện áp vào nên đầu này có dấu dương và đầu kia của Cuộn chặn L₁ sẽ là âm và cung cấp điện áp dương cho tải cũng như cho Tụ lọc Nguồn C₁.

Và lúc này diode D₁ bị phân cực ngược nên D₁ không có tác dụng gì đối với trường hợp khi Chuyển mạch đóng cho dòng điện chạy qua mạch.

  

•      Khi Chuyển mạch ngắt (T_off)

 Sau khi Chuyển mạch đóng mạch cho dòng điện chạy qua mạch và sau đó chuyển sáng chế độ ngắt thì lúc này theo Nguyên lý Điện – Từ, trên Cuộn chặn L₁ sẽ xuất hiện một Suất Điện động cảm ứng theo chiều ngược lại để chống lại sự biến thiên đột ngột vì bị mất dòng điện qua mạch, do vậy:

Suất Điện động Cảm ứng này sẽ làm đảo chiều dòng điện sinh ra trên Cuộn chặn L₁ (ngược lại so với lúc Chuyển mạch cho dòng điện đi qua mạch) tức là lúc này đầu của Cuộn chặn L₁ nối với Tụ lọc Nguồn C₁ và tải R_L sẽ sinh ra dấu dương và đầu kia sẽ sinh ra dấu âm. Vì Suất Điện động Cảm ứng này có chiều ngược lại so với chiều của dòng điện khi S₁ đóng mạch cho dòng điện chạy qua nên còn được gọi là Xung ngược.

Theo Lý thuyết Điện – Từ, người ta tính được rằng Suất Điện động Cảm ứng ngược (Xung ngược) xuất hiện khi dòng điện qua mạch do Chuyển mạch S₁ bị ngắt đột ngột sẽ lớn gấp 5 đến 10 lần hoặc thậm chí lớn hơn nữa so với điện áp của Nguồn cung cấp nên nó có thể phá hủy S₁ (nếu S_­1là một Linh kiện Bán dẫn sẽ có nguy cơ bị phá hỏng).

Vì vậy, cần phải triệt tiêu Suất Điện động Cảm ứng (Xung ngược) này bằng cách sử dụng diode D₁ để làm ngắn mạch dòng điện Xung ngược, theo hình trên ta thấy rằng khi Xung ngược xuất hiện thì cực âm của Xung ngược do Cuộn chặn L₁ tạo ra sẽ phân cực theo đúng chiều thuận của diode D₁ nên toàn bộ dòng điện của Xung ngược này sẽ thoát qua diode D₁ và nạp vào Tụ lọc Nguồn cũng như cho tải R_l theo đúng chiều thuận cho tải R_L và Tụ lọc Nguồn C₁.

 

•      Giá trị của Cuộn chặn L₁

Cuộn L₁ trên thực tế thường được tự cuốn bởi 42 vòng trên lõi ferrit hình xuyến như được mô tả bên đây.

Đường kính của cuộn dây được xác định tuỳ thuộc vào cường độ dòng điện tải yêu cầu theo hệ thức dưới đây:

d ≈ 0,6.I^1/2

Tức là đường kính d của cuộn dây được xác định tỷ lệ theo căn bậc 2 của Cường độ dòng điện tải yêu cầu như mô ta trên đây.
 

Chú ý 1: Số vòng dây (42 vòng) của Cuộn L₁ nói trên không phụ thuộc vào kích thước của lõi ferrit hình xuyến và cũng không phụ thuộc vào Cường độ dòng điện của tải.

Điều quan trọng là kích thước của lõi ferrit hình xuyến của Cuộn L₁ được yêu cầu tuỳ thuộc vào Cường độ dòng điện tải sao cho nếu I càng lớn thì kích thước của lõi ferrit hinh xuyến càng lớn.
 

Chú ý 2: Tùy thuộc vào từng loại Linh kiện nguồn Switching, Tần số Chuyển mạch của Nguồn Switching có thể thay đổi trong phạm vi từ 40kHz đến 550kHz nhưng số vòng của Cuộn chặn L₁ trên thực tế vẫn không thay đổi.