Tất tần tật về nguồn xung và nguyên lý hoạt động của chúng

Trong số các thiết bị điện tử, nguồn xung là một sản phẩm không thể thiếu. Chúng xuất hiện ở nhiều thiết bị như bếp từ, lò vi sóng, nồi cơm điện. Công dụng chính là biến đổi từ nguồn điện xoay chiều sang nguồn điện 1 chiều. Hoạt động dựa trên chế độ dao động xung giữa mạch điện tử và biến áp.

Bạn biết gì về nguồn xung hiện nay?

Với nguồn xung, khách hàng có thể biến đổi linh hoạt dòng điện thành điện áp một chiều với hiệu điện thế mong muốn. Chẳng hạn như 3V, 5V hay 8V… 

Nguồn xung gồm nhiều thành phần khác nhau. Tuy nhiên, về cơ bản, chúng sẽ gồm các linh kiện như:

Biến áp xung là gì?

Linh kiện này có cấu tạo gồm cuộn dây quấn trên một lõi từ giống như biến áp. So với biến áp thông thường, biến áp xung sử dụng lõi có chất liệu khác. Đó là lõi ferit thay vì lõi thép kỹ thuật điện như bình thường. 

Đặc biệt, thiết bị này có thể hoạt động ở dải tần số cao. Từ đó có tính ứng dụng cao hơn trong thực tiễn.

Cầu chì là gì?

Nhiệm vụ quan trọng nhất của cầu chì nhằm bảo vệ mạch điện. Chúng hoạt động dựa trên nguyên tắc làm đứt mạch điện. Chúng được ứng dụng nhằm giảm các hiện tượng như cháy nổ hoặc hỏng thiết bị sử dụng điện. Giá thành cho một cầu chì khá hợp lý, chỉ dao động từ vài chục nghìn.

Cuộn chống nhiễu, tụ lọc sơ cấp, diode chỉnh lưu có công dụng là gì?

Đây là các thiết bị giữ vai trò chuyên dụng. Cụ thể, chúng biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều. Sau đó, tích trữ điện năng trên các tụ lọc điện. Điều này cung cấp năng lượng cho các cuộn dây sơ cấp của bộ máy.

Sò công suất là gì?

Sò công suất chính là một linh kiện bán dẫn. Nhiệm vụ chính ở khả năng hoạt động với tính năng chuyển mạch. 

Tụ lọc nguồn thứ cấp là gì?

Nhiệm vụ chính của tụ ở việc tích trữ năng lượng điện từ cuộn thứ cấp của nguồn xung. Khi đóng điện ở cuộn sơ cấp, xuất hiện một hiện tượng từ trường biến thiên. Từ đó, làm cuộn thứ cấp của biến áp tạo ra một điện áp. Sau đó, chúng được chỉnh lưu qua điốt và chuyển sang cuộn thứ cấp.

IC quang là gì?

Nhiệm vụ chính của thiết bị này nằm ở việc cố định điện áp. Nhờ đó, chúng khống chế dao động để cắt điện vào cuộn dây sơ cấp của biến áp xung. Từ đó, đảm bảo điện áp ra bên thứ cấp đạt một yêu cầu tiêu chuẩn cụ thể trước đó.

Cơ chế hoạt động của nguồn xung là gì?

Điện áp sẽ đi từ các cuộn lọc nhiễu qua đi ốt chỉnh lưu. Lúc đầu là dòng điện áp xoay chiều có U từ 80 đến 220V. Sau đó, chúng giảm còn 130 – 300V. Tiếp đó, tụ lọc nguồn điện sơ cấp tích năng lượng điện một chiều để biến áp xung có thể hoạt động. 

Hiện nay, bạn sẽ thường thấy một số loại tụ lọc sơ cấp gồm 4,7uF – 400V, 10uF-400V, 220uF-400V và 10uF-200V.

Tiếp đến, ở cuộn sơ cấp được cấp điện thông qua một số linh kiện như Transistor, mosfet hoặc IGBT… Bộ tạo xung hoặc mạch dao động điện tử sẽ tạo ra các xung điện. Một số loại mạch phổ biến trên thị trường gồm Viper22, Viper12, hx202, Tl494, Sg3525.

Sau cùng, cuộn dây thứ cấp nhờ mạch chỉnh lưu để tạo ra điện một chiều cấp điện cho tải tiêu thụ. Chúng duy trì ở một điện áp nhất định và cụ thể như 3.3V; 5V… 24V. Tiếp đó, mạch hồi tiếp sẽ lấy tín hiệu điện để tạo ra xung dao động. 

Một số loại IC ổn áp phổ biến trên thị trường có 7805, 7818… 

Ưu điểm và nhược điểm của nguồn xung là gì?

Nguồn xung có một số ưu điểm như:

• Kích thước nhỏ gọn và nhẹ, thuận tiện cho quá trình lắp đặt
• Hiệu suất cao hơn và ít nóng hơn
• Điều chỉnh với hiệu suất cao hơn
• Biên độ điện áp lớn
• Giá thành phù hợp

Nguồn xung có một số nhược điểm như:

• Nguồn xung bị lỗi có thể kéo theo nhiều sản phẩm khác cũng bị như vậy. Một số trường hợp thường gặp, khách hàng cần để ý gồm sét đánh hoặc điện áp đầu vào cao.
• Nguồn xung khi hỏng có thể tạo ra nhiều giắc rối cho khách hàng. 
• Linh kiện bị hỏng trong nguồn xung, khi thay thế có thể khá đắt và thậm chí khó tìm thấy trên thị trường. 
• Hiện tượng nhiễu cao tần có thể ảnh hưởng đến việc gián đoạn sự vận hành.
• Cách chế tạo nguồn xung đòi hỏi một kỹ thuật cao và trình độ tay nghề chắc chắn của kỹ thuật viên.

Các loại nguồn xung trên thị trường hiện nay là gì?

Loại 1: Buck converter

Xét về tính phổ biến, đây là loại thông dụng nhất. Chúng được sử dụng trong các mạch có DC lớn (từ 24 đến 48V). Sản phẩm này sử dụng cùng một chuyển đổi nhằm đóng điện liên tục theo một chu kỳ điện nhất định. 

Chúng hoạt động ở trạng thái nạp và xả điện của cuộn dây. Hiện có 2 trạng thái để tính dòng điện qua LOAD

• Trạng thái 1: Chênh lệch điện áp giữa 2 điểm SW và V0. Lúc này dòng điện tăng dần và tụ được nạp điện. 
• Trạng thái 2: Trạng thái xả điện. Khi đó nguồn sẽ bị ngắt, Dòng cấp xả LOAD sẽ trở thành dòng xả và cả cuộn dây và của tụ điện. Khi độ cảm của cuộn dây lớn và tụ điện có trị số điện dung lớn thì tải V0 trở nên phẳng. 

 

Loại 2: Boost converter

Sản phẩm này cho điện áp DC đầu ra có trị số cao hơn đầu vào. 

Về hoạt động, nguyên lý được thực hiện như sau: Công tắc đóng, dòng điện có cường độ tăng dần lên. Ngược lại, công tắc mở sẽ khiến dòng điện qua cuộn dây giảm dần. Từ đó, điện áp cuộn dây tăng lên. Điện áp này được đặt vào tụ làm chúng nạp với trị số điện áp lớn.

Loại 3: Mạch Buck-Boost (inverting)

Mạch tạo ra điện áp ở hai đầu trái dấu nhau. Về cơ chế hoạt động, khi công tắc đóng, điện áp Vin sẽ đi qua cuộn dây. Lúc này, tải điện sẽ phóng điện áp từ tụ điện.

Ngược lại, khi công tắc mở, điện áp vào Vin bị ngắt ra. Dòng đi qua cuộn dây sẽ giảm dần khiến điện áp tăng lên. Điện áp này được nạp vào tụ. Đồng thời chúng mở thông diode D. Từ đó, dẫn đến dòng phóng ra từ cuộn dây cấp nguồn cho tải.

Loại 4: Nguồn flyback 

Trong số các loại nguồn xung, loại nguồn này linh hoạt nhất trên thị trường. Bạn có thể thiết kế một hoặc nhiều đầu ra ở nhiều mức điện áp khác nhau. Mạch này hiện có thể sử dụng mức điện áp yêu cầu theo tiêu chuẩn hệ thống với các trị số thường từ +5, +12 hoặc +20… 

Đặc tính của nguồn này ở việc cực tính giữa 2 cuộn dây. Nếu bạn muốn tạo ra điện áp dương thì cực tính 2 cuộn dây cần ngược chiều với nhau. Ngược lại để tạo điện áp âm thì chúng cần chùng chiều.

Xét về nguyên tắc hoạt động, khách hàng có thể nhận thấy:

Trường hợp công tắc đóng, dòng điện tăng lên dần ở cuộn sơ cấp. Nguồn cấp điện có được do tải cấp.

Trường hợp công tắc mở, dòng điện sẽ giảm dần ở cuộn sơ cấp. Điện áp đặt ở đi ốt theo chiều thuận và là điện áp dương. 

Một số đặc điểm cơ bản của mạch flyback như sau:

• Chú ý đảm bảo đầu ra điện áp càng lớn thì dòng điện càng nhỏ. Đặc biệt, tổng năng lượng đầu ra luôn nhỏ hơn hoặc bằng đầu vào. 
• Đầu ra có trị số là +12V hoặc -12V. Chúng không có phản hồi dòng, đặc biệt có thể kéo tải cỡ 5% đến 10%. 

Trên đây là một số kiến thức quan trọng về nguồn xung và các thiết bị trong mạch. Nếu bạn có thêm thắc mắc hoặc phân vân có thể để lại thông tin để chúng tôi tư vấn chi tiết hơn nhé!