Trong các phần trước đó, chúng ta đã đề cập đến thiết bị bộ nguồn cơ bản và khám phá về bộ nguồn không điều chỉnh. Bây giờ, chúng ta sẽ tìm hiểu về các khái niệm cơ bản về bộ điều chỉnh tuyến tính, bắt đầu với Zener và Shunt Regulator.

Mạch điều chỉnh Zener Diode

Cấu hình cơ bản của diode Zener và điện trở (RS) tạo thành một bộ điều chỉnh tuyến tính đơn giản. Điện trở sẽ giới hạn dòng điện, điều rất quan trọng để ngăn chặn dòng điện quá mức có thể làm hỏng Zener diode hoặc bộ nguồn. Tuy nhiên, sự ổn định điện áp đầu ra phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như tải, biến đổi nhiệt độ và sự biến thiên tự nhiên của điện áp Zener.

Mạch điều chỉnh Shunt TL431

Một giải pháp phù hợp hơn so với mạch Zener diode là vi mạch tích hợp TL431, phổ biến trong các ứng dụng bộ nguồn. Khác với Zener diode truyền thống, TL431 cung cấp độ chính xác và ổn định cao hơn. Trong mạch này, các điện trở RTOP và RBOTTOM tạo thành một bộ chia điện áp, truyền lại một phần của điện áp đầu ra đến chân quy chiếu của TL431. Cơ chế truyền này cho phép điều chỉnh điện áp đầu ra một cách tinh vi, thường sử dụng biến trở 10 vòng để kiểm soát chính xác.

Thử nghiệm và Hiệu suất

Khi thử nghiệm các mạch này, hãy quan sát xem chúng duy trì điện áp đầu ra như thế nào dưới các tải khác nhau. Ngay cả khi có tải, một bộ điều chỉnh shunt thiết kế tốt, chẳng hạn như một bộ dựa trên TL431, có thể điều chỉnh điện áp đầu ra một cách hiệu quả với sóng gợn tối thiểu và ổn định cao.

Điều chỉnh tuyến tính dòng Series

Vượt trội hơn bộ điều chỉnh shunt, bộ điều chỉnh tuyến tính series đại diện cho một phương pháp phức tạp hơn. Các bộ điều chỉnh này sử dụng transistor hoạt động trong vùng tuyến tính để điều chỉnh điện áp đầu ra. Bằng cách sử dụng các cơ chế phản hồi (thường là thông qua mạng chia điện áp), bộ điều chỉnh series có thể duy trì một điện áp đầu ra không đổi bất kể biến động đầu vào hay thay đổi tải.

Bộ điều chỉnh tuyến tính LM317

Một ví dụ về bộ điều chỉnh tuyến tính series là LM317 với khả năng cung cấp dòng điện lớn hơn 1 ampe. Không giống như bộ điều chỉnh shunt, bộ điều chỉnh series như LM317 thích hợp hơn cho các ứng dụng dòng điện cao hơn và có hiệu suất vượt trội về khả năng tản nhiệt.

Bộ điều chỉnh tuyến tính Low Dropout (LDO)

Các bộ điều chỉnh LDO, như LT1575, khắc phục vấn đề điện áp chênh lệch thường gặp trong các bộ điều chỉnh NPN truyền thống. Bằng cách sử dụng MOSFET hoặc transistor PNP, LDO giảm thiểu sự chênh lệch giữa điện áp đầu vào và đầu ra, khiến chúng lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu điện áp đầu ra thấp gần với điện áp đầu vào.

Quản lý nhiệt

Một yếu tố quan trọng của bộ điều chỉnh tuyến tính là khả năng tản nhiệt. Khác với bộ điều chỉnh chuyển mạch, bộ điều chỉnh tuyến tính tiêu tán năng lượng dư thừa dưới dạng nhiệt. Kỹ sư cần tính toán sự tiêu tán năng lượng dựa trên sự chênh lệch điện áp qua bộ điều chỉnh và dòng điện đi qua nó. Có thể cần sử dụng các tản nhiệt hoặc quạt làm mát cưỡng bức để ngăn ngừa quá nhiệt, đặc biệt là trong các ứng dụng công suất cao.

Kết luận

Hiểu về bộ điều chỉnh tuyến tính, từ cấu hình Zener diode cơ bản đến thiết kế LDO tiên tiến, giúp bạn có kiến thức cần thiết về thiết kế bộ nguồn. Mỗi loại bộ điều chỉnh đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng về tính đơn giản, độ chính xác và hiệu suất. Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu về bộ nguồn chuyển mạch, đối lập với bộ điều chỉnh tuyến tính được thảo luận ở đây.