Nguồn Xung Là Gì? Cấu Tạo, Nguyên Lý Hoạt động Và Một Số Loại ...

Nguồn xung ngày càng được sử dụng phổ biến trên các thiết bị điện tử. Một số bạn có thể đã nghe đến thuật ngữ này nhiều lần nhưng lại chưa biết nguồn xung là gì? Chúng tôi nhận thấy có khá nhiều người đang có chung mối quan tâm về loại nguồn này. Những thông tin mà các bạn cần sẽ có trong bài viết dưới đây!

Contents

• 1 Nguồn xung là gì?
• 2 Cấu tạo của một bộ nguồn xung 
• 3 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn xung và cách thức hoạt động
• 4 Ưu và nhược điểm của nguồn xung là gì?
  • 4.1 Ưu điểm của nguồn xung
  • 4.2 Nhược điểm của mạch nguồn xung
• 5 Một số mạch nguồn xung cơ bản
  • 5.1 Nguồn xung FlyBack
  • 5.2 Nguồn xung Push-Pull
  • 5.3 Buck converter
  • 5.4 Boost converter

Nguồn xung là gì?

Nguồn xung là bộ nguồn dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện một chiều bằng chế độ dao động xung tạo ra từ sự kết hợp giữa mạch điện tử với một biến áp xung.

Ta biết rằng, nguồn tuyến tính cổ điển dùng biến áp sắt từ để hạ áp, rồi sử dụng chỉnh lưu và IC nguồn tuyến tính để tạo ra các cấp điện áp một chiều theo nhu cầu như: 3.3V, 5V, 6V, 9V, 12V, 18V, 24V,… Những bộ nguồn này có nhược điểm là rất cồng kềnh và tốn nhiều vật liệu. Vì thế, nó không còn được sử dụng nhiều ở thời điểm hiện tại.

Cấu tạo của một bộ nguồn xung 

Một số kiểu nguồn xung khác nhau có thể có nhiều hay ít hơn một số linh kiện. Tuy nhiên, đa phần chúng đều giống nhau. Nhìn vào board mạch dưới đây, chúng ta thấy rằng, cấu tạo của một bộ nguồn xung gồm có các linh kiện cơ bản sau:

• Biến áp xung: Gồm các cuộn dây quấn trên một lõi từ (lõi ferit) và cho công suất khá lớn. Đồng thời, biến áp xung có thể hoạt động tốt ở các dải tần cao, còn biến áp thường thì khó có thể hoạt động được trong điều kiện này. 
• Cuộn cảm chống nhiễu, diode chỉnh lưu, tụ lọc sơ cấp: Được dùng để biến đổi điện áp xoay chiều (AC) sang điện áp 1 chiều (DC) tích trữ trên tụ lọc sơ cấp. Từ đó, nó cung cấp năng lượng cho cuộn sơ cấp của bộ phận máy biến áp xung đã giới thiệu ở trên.
• Cầu chì: Thực hiện nhiệm vụ bảo vệ mạch và các linh kiện trong mạch khi xảy ra ngắn mạch.

• Sò công suất: Là một linh kiện bán dẫn được sử dụng như một công tắc chuyển mạch. Nó có thể là mosfet, transistor, IC tích hợp, IGBT với tác dụng đóng cắt điện từ chân (+) trên tủ lọc sơ cấp đi vào cuộn dây sơ cấp của biến áp xung và cho xuống mass.
• Tụ lọc nguồn thứ cấp: Đảm nhận nhiệm vụ tích trữ năng lượng điện từ cuộn thứ cấp của bộ phận biến áp xung rồi cấp cho tải tiêu thụ. 
• IC quang và IC TL431: Chúng có chức năng tạo ra một điện áp cố định nhằm khống chế nguồn điện áp ra bên cuộn thứ cấp được ổn định theo mong muốn. Trong mạch nguồn xung, chúng có nhiệm vụ khống chế dao động đóng cắt điện vào cuộn sơ cấp của bộ phận biến áp xung để điện áp đầu ra bên thứ cấp đạt giá trị đúng như yêu cầu. 

Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn xung và cách thức hoạt động

Quan sát sơ đồ dưới đây, chúng ta sẽ hiểu rõ hơn về nguyên lý mạch nguồn xung hoạt động:

Đầu tiên, điện áp đầu vào từ 80 – 220V xoay chiều đi qua các cuộn lọc nhiễu rồi vào diode chỉnh lưu chuyển thành dòng một chiều có điện áp khoảng gần 130 -300V. Giá trị này phụ thuộc vào điện áp xoay chiều đầu vào trên tụ lọc sơ cấp. Tụ lọc này có chức năng tích năng lượng điện một chiều để cho cuộn dây sơ cấp của biến áp xung hoạt động. Những tụ lọc sơ cấp phổ biến được sử dụng là 4,7uF – 400V, 10uF-400V, 10uF-200V, 220uF-400V.

Cuộn sơ cấp của biến áp xung được cấp điện theo nguồn xung cao tần nhờ khối chuyển mạch bán dẫn. Các linh kiện trong khối chuyển mạch này gồm: Transistor, IGBT hoặc Mosfet. Những xung điện này được tạo ra thông qua bộ tạo xung hay các mạch dao động điện tử. Các mạch dao động xung thường dùng là: Viper12, SG3525, Viper22, HX202, T1494. 

Ở phía cuộn thứ cấp của biến áp xung sẽ có các mạch chỉnh lưu tạo ra điện áp ra một chiều nhằm cấp điện cho tải tiêu thụ. Điện áp thứ cấp này được duy trì ở một mức nhất định như là 3.3V, 5V, 9V, 12V, 18V, 24V thông qua mạch ổn áp. 

Cùng lúc đó, mạch hồi tiếp lấy tín hiệu điện áp ra đưa vào bộ tạo xung dao động để khống chế tần số dao động ổn định với mức điện áp đầu ra như ý muốn. Một số loại IC ổn áp thường sử dụng cho mạch nguồn xung là IC  7818, 7812, 7809, 7805.  IC hồi tiếp là Optocoupler PC817, còn IC 431 là IC ghim áp đưa vào mạch hồi tiếp.

Ưu và nhược điểm của nguồn xung là gì?

Ưu điểm của nguồn xung

• Mạch nguồn xung nhỏ gọn và nhẹ, dễ tích hợp vào nhiều loại thiết bị.
• Hiệu suất làm việc cao hơn và ít nóng.
• Điều chỉnh tốt hơn.
• Biên độ điện áp vào lớn.
• Giá thành rẻ.

Nhược điểm của mạch nguồn xung

• Mạch sử dụng rất nhiều linh kiện nên nếu có lỗi xảy ra thì có thể kéo theo các linh kiện khác cũng bị lỗi.
• Nguồn xung sử dụng nhiều mạch điện khác nhau như mạch phản hồi, mạch nguồn phụ, mạch dao động, mạch bảo vệ,… Vì thế, nếu xảy ra vấn đề thì nó sẽ tạo ra nhiều rắc rối khi sửa chữa.
• Một vài linh kiện khá đắt và ít được bán trên thị trường như IC nguồn, Mosfet và biến áp xung.
• Biến áp xung phát ra nhiễu cao tần có thể khiến nhiều thứ bị gián đoạn.
• Đòi hỏi kỹ thuật cao trong quá trình chế tạo.
• Việc sửa chữa một mạch nguồn xung có thể gây nhiều khó khăn cho người mới.
• Tuổi thọ của loại mạch này thường không được cao. 

Một số mạch nguồn xung cơ bản

Hiện nay, có nhiều loại mạch nguồn xung được cung cấp tùy thuộc vào nhu cầu của mỗi thiết bị. Chúng tôi sẽ giới thiệu cho các bạn một số loại nguồn xung cơ bản trong phần dưới đây:

Nguồn xung FlyBack

Đây là một trong những kiểu nguồn xung truyền công suất gián tiếp nhờ biến áp. Mạch này sẽ cho mức điện áp đầu ra nhỏ hơn hoặc lớn hơn điện áp đầu vào. Chỉ từ một nguồn đầu vào, mạch FlyBack có khả năng đáp ứng được nhiều điện áp đầu ra kể cả điện áp âm. Vì thế, nó còn là loại nguồn linh hoạt nhất trong tất cả các loại nguồn xung thông dụng.

Mạch nguồn xung FlyBack được ứng dụng trong hệ thống cung cấp năng lượng (ví dụ: Mặt Trời, gió…). Mạch này có một số đặc điểm như sau:

• Phản hồi lại dòng điện để điều khiển PWM được lấy từ đầu ra có dòng lớn nhất.
• Các IC nguồn LDO được dùng với nhiệm vụ đảm bảo các đầu ra ít nhiễu. Trong trường hợp trên, ứng với đầu ra 12V thì cuộn thứ cấp sẽ được điều chỉnh với mức điện áp khoảng 13V. Sự chênh lệch nhỏ này sẽ giúp tránh được các vấn đề về quá nhiệt. Tương tự, với đầu ra -12V thì điện áp ở cuộn thứ cấp sẽ là -13V.
• Đầu ra có điện áp càng lớn thì dòng điện càng nhỏ. Đồng thời, tổng năng lượng đầu ra luôn nhỏ hơn hoặc bằng với đầu vào.
• Các đầu ra không có phản hồi dòng, có sụt áp khi tải sử dụng lớn cỡ 5 – 10%. Tuy nhiên, với nhiều ứng dụng thì điều này là  quá đủ.

Nguồn xung Push-Pull

Kiểu nguồn xung này cũng được truyền công suất một cách gián tiếp thông qua biến áp. Nó cho mức điện áp đầu ra có thể nhỏ hoặc lớn hơn so với điện áp đầu vào. Chỉ với một nguồn điện áp đầu vào, nó có thể chia thành nhiều điện áp đầu ra. 

Buck converter

Mạch nguồn xung kiểu Buck là bộ biến đổi cho ta điện áp đầu ra nhỏ hơn so với đầu vào. Buck converter là loại thông dụng nhất trong toàn bộ các loại nguồn xung thông dụng. Nó được sử dụng trong các mạch có đầu vào DC lớn (từ 24 – 48V). Mạch này cho các mức đầu ra là 5V, 9V, 12V, 15V,… và hao phí điện năng cực thấp. Buck converter sẽ dùng một transistor để thực hiện đóng cắt liên tục theo chu kỳ điện áp đầu vào thông qua một cuộn dây.

Boost converter

Nguồn xung kiểu Boost là dạng nguồn sẽ cho điện áp đầu ra cao hơn điện áp đầu vào. Mạch nguồn xung dạng này hoạt động như sau:

Khi công tắc đóng thì dòng chạy qua cuộn dây sẽ tăng dần lên. Còn khi công tắc mở thì dòng điện đi qua cuộn dây bị giảm vì có thêm tải. Điều này sẽ làm cho điện áp của cuộn dây tăng lên. Đặt điện áp này vào tụ khiến tụ được nạp mức điện áp lớn hơn điện áp Vin.

Lưu ý: Năng lượng ở đầu ra chỉ có thể bằng hoặc nhỏ hơn năng lượng tại đầu vào. Cho nên, mạch boost converter dòng đầu ra sẽ phải nhỏ hơn dòng đầu vào.

Qua bài viết, chúng ta đã tìm hiểu khá chi tiết về mạch nguồn xung là gì? Hy vọng bài viết về nguồn xung trên đây sẽ cung cấp những thông tin hữu ích cho các bạn đọc. Các bạn có thể tham khảo các bài viết khác của thosuaxe.info để tìm hiểu thêm các kiến thức trong lĩnh vực này nhé!

Xem thêm:

• Cảm biến quang: Khái niệm, cấu tạo, phân loại và ứng dụng
• Cảm biến hồng ngoại là gì? Phân loại, nguyên lý hoạt động
• Động cơ giảm tốc: Cấu tạo, phân loại, chức năng, nguyên lý hoạt động