Mạch nguồn xung (switching power supply) dùng IC dao động UC2844 là một thiết kế phổ biến trong các thiết bị điện tử do hiệu suất cao và khả năng điều chỉnh tốt. Dưới đây là một phân tích chi tiết về mạch này:
1. Giới thiệu IC UC2844
IC UC2844 là một IC điều khiển PWM (Pulse Width Modulation) được sử dụng rộng rãi trong các mạch nguồn xung. Nó có các đặc điểm chính sau:
- Điện áp hoạt động từ 8V đến 25V.
- Dòng điện tiêu thụ thấp.
- Tần số dao động có thể điều chỉnh.
- Chức năng bảo vệ quá dòng.
2. Cấu trúc mạch nguồn xung
Một mạch nguồn xung cơ bản dùng IC UC2844 bao gồm các thành phần chính sau:
- Biến áp (Transformer): Tạo ra điện áp đầu ra mong muốn.
- Transistor công suất (Power MOSFET/IGBT): Được điều khiển bởi IC UC2844 để đóng/ngắt dòng điện qua biến áp.
- Diode chỉnh lưu (Rectifier Diode): Chỉnh lưu dòng điện từ biến áp.
- Tụ lọc (Filter Capacitor): Làm phẳng điện áp đầu ra.
- IC UC2844: Điều khiển quá trình đóng/ngắt transistor công suất.
3. Hoạt động của mạch
- Khởi động (Startup):
- Khi cấp nguồn, điện áp Vcc tăng dần và khi đạt đến ngưỡng (typical 16V), IC UC2844 bắt đầu hoạt động.
- Bộ dao động bên trong IC bắt đầu tạo ra tín hiệu PWM.
- Điều khiển đóng/ngắt transistor công suất:
- Tín hiệu PWM từ IC UC2844 điều khiển transistor công suất đóng và ngắt theo chu kỳ.
- Khi transistor đóng, dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp của biến áp tạo ra từ thông biến đổi.
- Khi transistor ngắt, năng lượng từ từ thông biến đổi này được chuyển đến cuộn thứ cấp của biến áp và chỉnh lưu thành điện áp DC ở đầu ra.
- Bảo vệ quá dòng (Overcurrent Protection):
- IC UC2844 có chức năng bảo vệ quá dòng bằng cách giới hạn dòng điện qua transistor công suất.
- Nếu dòng điện vượt quá ngưỡng cho phép, IC sẽ giảm độ rộng xung PWM hoặc ngắt hoàn toàn để bảo vệ mạch.
4. Các thành phần quan trọng trong IC UC2844
- Bộ dao động (Oscillator): Xác định tần số hoạt động của mạch.
- Bộ khuếch đại lỗi (Error Amplifier): So sánh điện áp phản hồi từ đầu ra với điện áp tham chiếu để điều chỉnh độ rộng xung PWM.
- Bộ điều khiển PWM (PWM Controller): Tạo tín hiệu PWM dựa trên tín hiệu từ bộ dao động và bộ khuếch đại lỗi.
- Chân bảo vệ quá dòng (Current Sense): Giám sát dòng điện qua transistor công suất.
5. Thiết kế mạch cụ thể
Một ví dụ cụ thể về mạch nguồn xung sử dụng IC UC2844:
- Điện áp đầu vào (Vin): 220V AC qua cầu chỉnh lưu và tụ lọc để tạo ra DC khoảng 300V.
- Biến áp xung: Có các cuộn sơ cấp và thứ cấp để hạ điện áp xuống mức mong muốn (ví dụ: 12V DC).
- Transistor công suất: MOSFET được điều khiển bởi chân Output của IC UC2844.
- Mạch phản hồi (Feedback circuit): Sử dụng TL431 và một quang trở (Optocoupler) để điều chỉnh điện áp đầu ra.
6. Sơ đồ mạch mẫu
Vin (220V AC) -> Chỉnh lưu -> Lọc ->(IC UC2844) 300V DC -> MOSFET -> Biến áp (Phản hồi) -> Chỉnh lưu -> Lọc -> Vout (12V DC)
Kết luận
Mạch nguồn xung dùng IC UC2844 mang lại nhiều lợi ích như hiệu suất cao, kích thước nhỏ gọn và khả năng điều chỉnh tốt. Bằng cách hiểu rõ cách hoạt động và cấu trúc của mạch, chúng ta có thể thiết kế và ứng dụng hiệu quả trong nhiều thiết bị điện tử.
