Bộ đổi nguồn DClà thành phần quan trọng trong nhiều thiết bị điện tử, giúp chuyển đổi điện áp DC phù hợp với nhu cầu của từng thiết bị. Nó hoạt động dựa trên nguyên tắc chuyển đổi năng lượng bằng cách sử dụng các linh kiện điện tử Transistor, cuộn dây cảm ứng, tụ điện, bộ điều khiển. Hiểu rõ các loại, thông số kỹ thuật và ứng dụng của bộ đổi nguồn DC sẽ giúp bạn lựa chọn phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể.
Bộ đổi nguồn DC là gì?
Bộ đổi nguồn DC là một thiết bị điện tử chuyển đổi điện áp đầu vào thành điện áp DC (dòng điện một chiều) đầu ra, nó có thể tăng hoặc giảm điện áp DC một cách hiệu quả, đồng thời cung cấp dòng điện ổn định cho các thiết bị điện tử.
Cấu tạo bộ đổi nguồn DC
Cấu tạo của bộ đổi nguồn DC gồm 4 mạch, mỗi thành phần sẽ mang một chức năng cụ thể. - Biến áp (Transformer): Đầu vào của bộ nguồn DC là một biến áp – dòng điện AC được tạo ra bởi điện áp đường dây chính là dòng điện đi ra từ các phích cắm trong gia đình. Chức năng của biến áp sẽ biến đổi tăng, giảm độ lớn của điện áp thành giá trị mong muốn ở đầu ra bằng cách tăng hoặc giảm biên độ của tín hiệu điện. Biến áp đóng vai trò một bộ cách ly, trong nhiều ứng dụng điều quan trọng nhất chính là cách ly điện AC đầu vào khỏi các tín hiệu điện khác có trong thiết bị.
- Bộ chỉnh lưu: Tín hiệu đầu ra của máy biến áp được đưa trực tiếp vào bộ chỉnh lưu, cung cấp tín hiệu xung DC được chỉnh lưu. Bộ chỉnh lưu có thể ở hai dạng chỉnh lưu nửa sóng và chỉnh lưu toàn sóng. Tín hiệu DC là tín hiệu dao động (điện áp hoặc dòng điện) không thay đổi cực tính, nhưng cường độ của nó là một hàm của thời gian. Một bộ chỉnh lưu điển hình được xây dựng với đi-ốt và điện trở. - Bộ lọc: Để chuyển đổi điện xung DC thành tín hiệu điện DC không xung yêu cầu điện ra khỏi chỉnh lưu phải đi qua bộ lọc, chỉ cần một tụ lọc cơ bản. Đầu ra của bộ lọc là điện áp DC (có thể có một ít gợn AC còn sót lại). - Bộ điều chỉnh: Có hai chức năng chính để làm mịn các tín hiệu đi ra từ bộ lọc DC giúp tạo các tín hiệu ổn định hơn, ít gợn hơn tạo ra điện áp không đổi ở đầu ra. Điện áp ở đầu ra của bộ điều chỉnh sẽ không đổi ngay cả với các biến thể của điện áp đầu vào hoặc các biến thể điện áp trong tải. Phân loại các loại bộ đổi nguồn DC Có nhiều loại bộ đổi nguồn DC khác nhau, mỗi loại mang những đặc tính kỹ thuật riêng phù hợp cho từng ứng dụng chuyên biệt. - Bộ nguồn tuyến tính (linear) Dạng nguồn này cũng giúp chuyển đổi tín hiệu đầu vào AC thành nhiều đầu ra DC cho nhiều ứng máy tính và công nghiệp. Nó sử dụng các phần tử hoạt động thông thường là transistor công suất làm việc trong vùng tuyến tính để tạo ra tín hiệu điện áp theo nhu cầu của người sử dụng. + Ưu điểm của bộ nguồn tuyến tính (linear) Các bộ nguồn tuyến tính được sử dụng trong các yêu cầu độ chính xác và ổn định cao với độ gợn ít, độ nhiễu ít, hoạt động ổn định và vận hành bền bỉ.
- Bộ nguồn chuyển mạch (Switching) Hoạt động trên nguyên tắc sử dụng các bộ phận chuyển mạch hoặc các bộ điều chỉnh (thường là transistor công suất) để tạo ra điện áp mong muốn. Là sự kết hợp giữa các bộ phận điện tử liên tục Bật và Tắt ở tần số rất cao. Các hành động bật, tắt kết nối với các linh kiện lưu trữ năng lượng đến chúng như cuộn cảm hoặc tụ điện và từ điện áp nguồn đầu vào hoặc tải đầu ra. Thiết kế SMPS dẫn đến tạo mật độ năng lượng cao và giảm thiểu mức tiêu thụ điện năng hơn so với các bộ nguồn tuyến tính có cùng công suất. + Ưu điểm bộ nguồn chuyển mạch (Switching) Có kích thước nhỏ, gọn nhẹ, khả năng cấp điện áp DC ngõ ra cao (đến vào ngàn Volt) với giá thành kinh tế. - Bộ nguồn SCR Sử dụng cấu trúc liên kết chỉnh lưu điều khiển silicon (SCR) để cung cấp điện áp và dòng điện đầu ra được điều tiết tốt. Các bộ chỉnh lưu điều khiển bằng silicon là các thyristor bốn lớp với một đầu nối điều khiển đầu vào, đầu nối cuối đầu ra và cực âm hoặc đầu cuối chung cho cả hai đầu vào và đầu ra. Một mạch SCR thường được sử dụng cho các ứng dụng liên quan đến điện áp và dòng điện cao.
Các thông số đặc trưng của một bộ đổi nguồn DC
- Điện áp đầu vào: cường độ và loại điện áp đặt vào input của nguồn DC - Tần số đầu vào: tần số của tín hiệu đầu vào - Điện áp đầu ra: độ lớn điều áp đầu ra, điện áp có điều chỉnh được hay không? - Dòng điện đầu ra: dòng điện đầu ra của bộ nguồn - Công suất đầu ra : công suất cung cấp cho tải - Độ ổn định của điện áp - Line regulation: độ thay đổi của điện áp đầu ra so với điện áp đầu vào - Load regulation: độ ổn định của điện áp đầu ra so với điện áp được gắn vào và đọc trên tải
Ứng dụng bộ đổi nguồn DC
- Thiết bị điện tử như điện thoại thông minh, máy tính xách tay, máy tính bảng, thiết bị mạng... - Máy móc y tế, thiết bị chẩn đoán, thiết bị theo dõi sức khỏe... - Thiết bị điều khiển, tự động hóa, robot... - Hệ thống điện tử trong ô tô, đèn LED... - Chuyển đổi điện áp từ tấm pin mặt trời.
Một số chức năng tích hợp thêm của bộ nguồn một chiều
Đối với các nguồn cấp năng lượng chức năng bảo vệ luôn được chú trọng. Một thiết bị đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu an toàn điện sẽ đảm bảo hơn cho cả người sử dụng cũng như cho thiết bị, một số chức năng an toàn có thể kể đến dưới đây. - Bảo vệ ngắn mạch. - Bảo vệ quá tải. - Bảo vệ quá dòng. - Bảo vệ quá áp. - Bảo vệ quá nhiệt. Trong quá trình hoạt động, nhiệt độ của bộ nguồn DC thường tăng cao nên yêu cầu trang bị một bộ phận tản nhiệt là vô cùng cần thiết để giúp cải thiện hiệu năng hoạt động củng như nâng cao tuổi thọ sản phẩm. Một số phương pháp làm mát có thể được sử dụng như: quạt làm mát, tản nhiệt lỏng.
