Ổn áp nối tiếp: dùng phần tử điều chỉnh (ví dụ: transistor công suất) nối nối tiếp với tải. Người ta điều chỉnh sụt áp trên phần tử điều chỉnh này để giữ điện áp cấp cho tải được cố định trong khi điện áp nguồn hay dòng tải thay đổi.
Ổn áp song song: phần tử điều chỉnh được nối song song với tải. Người ta điều chỉnh dòng qua phần tử điều chỉnh để bù lại việc thay đổi dòng tải, kết quả là điện áp cấp cho tải không thay đổi. Một ví dụ đơn giản nhất của ổn áp song song mọi người thường thấy là mạch ổn áp dùng điốt zener. Mạch ổn áp song song có nhược điểm là hiệu suất thấp, nhưng nó có ưu điểm là hệ thống ổn định hơn, không sợ ngắn mạch tải hay chạy không tải.
Chức năng chung của một ổn áp là biến đổi điện áp một chiều vào thành điện áp ra một chiều xác định và ổn định. Điện áp ra đó được duy trì trên một tầm rộng phụ thuộc vào điện áp và dòng tải.
Sơ đồ khối của một ổn áp cơ bản gồm có:
Phần tử chuẩn:
Phần tử chuẩn là thành phần chủ yếu của tất cả các ổn áp và điện áp ra được điều khiển trực tiếp bằng một điện áp chuẩn VREF. Những biến đổi của điện áp chuẩn qua khuếch đại sai biệt làm cho điện áp ra thay đổi theo. Phần tử chuẩn phải ổn định đối với mọi biến đổi của điện áp vào và ra thì nguồn điện sẽ càng ổn định và chính xác. Có nhiều cách tạo điện áp chuẩn, sau đây là trình bày cách tạo mức chuẩn bằng Diode Zener.
Đây là kỹ thuật tạo chuẩn đơn giản nhất. Điện áp chuẩn VREF chính là điện áp VZ của Diode Zener.
Kỹ thuật này thường dùng cho mạch có dòng tải và điện áp nguồn tương đối ổn định. Do Diode Zener còn có tổng trở RZ nên điện áp chuẩn VZ sẽ có sai số khi dòng qua Diode Zener thay đổi.
Phần tử lấy mẫu
Phần tử chuẩn có nhiệm vụ kiểm tra điện áp ra và đổi nó thành một mức điện áp bằng với điện áp chuẩn khi điện áp ra ổn định. Khi có sự thay đổi điện áp ra, điện áp hồi tiếp về sẽ lớn hơn hay nhỏ hơn điện áp chuẩn. Hiệu số của điện áp chuẩn và lấy mẫu sẽ điều khiển ổn áp làm cho điện áp ra luôn ổn định đúng theo yêu cầu. Thông thường trong mạch ổn áp phần tử lấy mẫu là cầu chia áp bằng điện trở
Điện áp hồi tiếp được xác định bằng tỉ số giữa R1 và R2, R1 và R2 không phải là giá trị tuyệt đối. Do đó khi R1 và R2 thay đổi mà tỉ số luôn bằng hằng số sẽ không ảnh hưởng đến ổn áp. Bố trí các điện trở này sao cho ảnh hưởng của chúng đến ổn áp là ít nhất.
Phần tử khuyếch đại sai biệt:
Đây là phần tử dùng để so sánh điện áp hồi tiếp với điện áp chuẩn. Nó cho ra điện áp sai biệt được khuyếch đại để lái mạch điều khiển đưa điện áp ra về mức đặt trước. Phần tử này còn là yếu tố cơ bản để xác định hiệu suất ổn áp khi điện áp chuẩn ổn định và điện áp mẫu chính xác. Độ ổn định của ổn áp phụ thuộc vào các tham số như: điện áp offset, tỷ số triệt nguồn, tỷ số triệt tín hiệu cách chung, tổng trở ngõ ra và hệ số nhiệt .v.v..Những biến đổi nguồn cung cấp, tải, nhiệt độ môi trường sẽ làm thay đổi các tham số này ảnh hưởng đến chất lượng của ổn áp.
Phần tử điều khiển:
Nó dùng để biến đổi điện áp ra thành mức điện áp ra mong muốn khi điều kiện tải thay đổi và được điều khiển bằng tín hiệu sai biệt. Dựa vào phân loại từ điều khiển mà phân biệt được kiểu ổn áp: nối tiếp, song song, xung.
Các dạng ổn áp
Ổn áp nối tiếp:
Ổn áp nối tiếp là phần tử điều khiển mắc nối tiếp với tải. Điện áp ra được ổn định bằng cách biến điệu “ phần tử tích cực “ nối tiếp và nó thường là một transistor có chức năng như một điện trở thay đổi được. Khi VI thay đổi tạo nên sự thay đổi trong điện trở tương đương (RS) của phần tử nối tiếp. Tích số RS.IL làm cho điện áp sai biệt (VI – VO) thay đổi dẫn đến việc bổ chính cho điện áp vào thay đổi. Ổn áp nối tiếp dùng trong trường hợp tải biến đổi ít và điện áp biến đổi nhiều
Mạch ổn áp nối tiếp đơn giản và rẻ tiền, lại cho nguồn khá ổn định. Nhược điểm của nó là có sụt áp lớn ở phần tử điều khiển, gây tổn hao công suất nhiều, làm cho hiệu suất ra thấp khi nó ứng dụng ở dòng điện lớn.
Ổn áp song song:
Ổn áp song song là ổn áp có phần tử điều khiển mắc song song với tải và điều khiển dòng điện trong phần tử điều khiển để bổ chính các biến động điện áp vào và các điều kiện tải thay đổi.
Ổn áp song song dùng trong trường hợp tải thay đổi nhiều và điện áp thay đổi ít
Khi IL tăng dòng Ishunt giảm để điều chỉnh sụt áp qua RS do đó VO luôn không đổi
Rshunt: điện trở tương đương của phần tử điều khiển. Mạch ổn áp song song ít thông dụng nhưng ở một số ứng dụng nó lại có ưu điểm là ít nhạy với biến đổi nhất thời của điện áp vào.
Ổn áp xung:
Mạch ổn áp xung là mạch ổn áp dùng khóa tích cực để làm phần tử điều khiển. Khóa này có tác dụng đóng ngắt điện áp theo một chu kỳ làm việc thay đổi theo các yêu cầu của tải.
Trong ổn áp xung thường dùng bộ lọc LC để lấy trung bình hiệu dụng điện áp ở ngõ vào của nó và đưa điện áp đó ra tải. Ưu điểm của ổn áp xung là do transistor chuyển mạch hoạt động lúc dẫn (bảo hòa) lúc ngắt nên công suất tiêu tán ở phần tử điều khiển rất thấp, do đó nó rất hữu hiệu và thích hợp cho các ứng dụng có yêu cầu dòng tải lớn so với ổn áp nối tiếp hay song song.
