Nguồn xung là gì? sơ đồ nguyên lý mạch nguồn xung

Nguồn xung là gì? Nguồn xung là một bảng mạch điện tử được ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực điện tử. Bạn có thể tìm thấy nguồn xung trong nhiều vật dụng gia đình như lò vi sóng, nồi cơm điện, bếp từ,… Vậy bạn có biết bản chất nguồn xung là gì và tác dụng của linh kiện điện này chưa? Hãy cùng chuthapdoquangninh.org.vn tìm hiểu trong bài viết dưới đây nhé!

Bản chất nguồn xung là gì?

Nguồn xung là một bộ nguồn được lắp ráp nhằm mục đích chuyển đổi từ dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Nguồn xung thực hiện điều này bằng cách sử dụng các dao động xung của biến áp xung kết hợp với một mạch điện tử. Nguồn xung được sử dụng như một giải pháp tối ưu thay thế cho những nguồn tuyến tính cổ điển vốn cồng kềnh và tốn kém.

Nguồn xung là gì?

Phân biệt nguồn tuyến tính và nguồn xung

Cấu tạo của nguồn xung

Bản chất của nguồn xung là một mạch điện tử lớn bao gồm nhiều linh kiện với các vai trò khác nhau. Một vài linh kiện có thể có có thể không, tuy nhiên một nguồn xung cần phải có những linh kiện cơ bản liệt kê dưới đây:

Biến áp xung

Đây chính là linh kiện quan trọng nhất của toàn bộ bảng mạch. Nó có cấu tạo tương tự như các biến áp thông thường bao gồm các cuộn dây cuộn có lõi từ. Điểm khác biệt nằm ở chỗ biến áp xung sử dụng cái lõi ferit thay vì lõi thép kĩ thuật điện. Sự cải tiến này giúp cho biến áp xung có công suất hoạt động cao hơn loại biến áp bình thường rất nhiều. Không chỉ vậy, linh kiện này còn có khả năng hoạt động ổn định ở dải tần cao mà không gặp bất cứ vấn đề gì cả.

Cầu chì

Linh kiện này giúp ổn định và bảo vệ mạch nguồn khỏi tình trạng ngắn mạch, đoản mạch.

Cuộn chống nhiễu, tụ lọc sơ cấp và diode chỉnh lưu

Đây là các linh kiện đảm nhiệm vai trò biến đổi điện áp. Đây chính là bộ phận giúp biến đổi từ dòng điện hai chiều thành dòng điện một chiều.

Sò công suất

Linh kiện điện từ bán dẫn này được sử dụng với vai trò của một công tắc chuyển mạch và có nhiệm vụ đóng mở điện từ chân cực dương của tụ lọc sơ cấp tới cuộn dây sơ cấp của biến áp xung.

Cấu tạo của một nguồn xung công suất cao

Tụ lọc nguồn thứ cấp

Đây là nơi tích trữ năng lượng điện được tạo ra từ cuộn thứ cấp của biến áp xung và dẫn nó tới tải để tiến hành tiêu thụ. Khi dòng điện từ cuộn sơ cấp của biến áp bị sò công suất liên tục cắt điện sẽ xuất hiện từ trường biến thiên. Từ trường này khiến xuất hiện một dòng điện áp ở cuộn thứ cấp của biến áp. Sau khi qua chỉnh lưu ở một vài diode, điện áp sẽ được dễ dẫn tới tụ lọc thứ cấp để ổn định lại điện áp.

IC quang và IC TL431

Hai linh kiện này có vai trò tạo ra điện áp cố định nhằm đảm bảo được điện áp sinh ra ở cuộn thứ cấp ổn định như mong muốn. Nhiệm vụ chính của hai IC này là khống chế dao động đóng cắt điện vào cuộn sơ cấp ở mức độ chính xác. Điều này giúp cho điện áp sinh ra từ cuộn thứ cấp của biến áp xung đạt đúng theo yêu cầu.

Nguyên lý hoạt động của nguồn xung

Nguyên lý hoạt động của nguồn xung được trình bày cụ thể dưới sơ đồ sau:

Nguồn điện xoay chiều đầu tiên sẽ được đưa chạy qua các cuộn lọc nhiễu. Khi này dòng điện xoay chiều có điện áp trong khoảng 80 – 220V sẽ được chỉnh lưu trở thành một dòng điện có điện áp trong khoảng 130 – 300V (tùy thuộc vào điện áp ban đầu của nguồn điện cấp). Dòng điện sau khi qua lọc nhiễu sẽ được đưa tới tụ lọc nguồn sơ cấp và trở thành nguồn tích năng lượng cho cuộn dây sơ cấp của biến áp xung.

Sơ đồ 3D biểu diễn đường đi đường của dòng điện trong nguồn xung

Biến áp xung bắt đầu đưa các xung cao tần từ cuộn dây sơ cấp tới cụm các linh kiện bán dẫn như transistor, mosfet và IGBT (tùy nguồn xung mà có thể có hoặc không có). Các xung điện này được tạo ra bởi bộ tạo xung hoặc các mạch dao động điện tử. Một số các mạch dao động điện tử thông dụng có thể kể đến như Viper22, Viper12, hx202, Tl494, Sg3525.

Cuộn thứ cấp của biến áp xung sẽ có những mạch chỉnh lưu phụ trách. Điện áp của mạch thứ cấp này sẽ được ổn định bằng mạch ổn áp. Điện áp này sẽ ở mức nhất định và thường nằm trong những giá trị sau: 3.3V, 5V, 9V, 12V, 15V, 18V, 24V. Những tín hiệu điện áp này sẽ được mạch hồi tiếp tiếp nhận và chuyển tới bộ tạo xung động để đưa ra tần số dao động tương ứng giúp điện áp đạt giá trị như mong muốn.

Ưu và nhược điểm của nguồn xung

Ưu điểm của nguồn xung

Nguồn xung có nhiều ưu điểm khác nhau, chính vì vậy mà linh kiện điện tử này được ứng dụng rất nhiều. Các ưu điểm của nguồn xung có thể liệt kê ra như sau:

• Kích thước nhỏ gọn hơn so với nguồn tuyến tính
• Hiệu suất cao hơn và ít nóng nhờ khả năng hoạt động tốt ở dải tần cao của biến áp xung
• Dễ dàng điều chỉnh hơn
• Nhận được biên độ điện áp vào lớn
• Tiết kiệm chi phí lắp ráp

Nguồn xung có cấu tạo tương đối phức tạp biến đây trở thành nhược điểm của linh kiện điện tử này

Nhược điểm của nguồn xung

Tuy nhiên, nguồn xung cũng sở hữu một vài nhược điểm cần khắc phục trong tương lai như:

• Số lượng linh kiện trên mạch nguồn lớn. Điều này có thể gây ra phản ứng dây chuyền. Một linh kiện gặp vấn đề có thể kéo theo nhiều linh kiện khác gặp vấn đề theo.
• Có nhiều mạch điện với cấu tạo khác nhau trong cùng một bảng mạch lớn. Điều này sẽ gây ra nhiều vấn đề trong quá trình sửa chữa nếu nguồn xung gặp vấn đề.
• Nhiều linh kiện hiếm. Các linh kiện như Mosfet, IC nguồn và biến áp xung đều tương đối hiếm trên thị trường và giá thành cũng không hề rẻ. Điều này khiến việc thay thế linh kiện khi gặp vấn đề trở nên vô cùng khó khăn.
• Biến áp xung phát ra nhiễu cao tần có thể gây ra nhiều vấn đề gián đoạn.
• Thiết kế phức tạp khiến nguồn xung tương đối khó chế tạo và sửa chữa.

Phân loại nguồn xung

Hiện nay trong lĩnh vực điện tử có 4 loại nguồn xung được sử dụng là: Buck Converter, Boost Converter, Buck-Boost và Flyback. Mỗi một loại nguồn xung sẽ có đặc điểm và ứng dụng khác nhau.

Buck Converter: Đây là nguồn xung phổ biến nhất hiện nay và được ứng dụng trong rất nhiều thiết bị điện tử. Nguồn xung này thường được sử dụng với những mạch điện nguồn vào có điện thế trong khoảng 24 – 48V và nguồn điện ra có điện thế trong khoảng dưới 15V. Điểm mạnh nhất của nguồn xung này chính là lượng điện năng hao phí rất thấp.

Boost Converter: Boost Converter là nguồn xung được sử dụng để cho ra nguồn điện một chiều có điện áp lớn hơn nguồn điện cấp (cùng dấu).

Ngoài các loại nguồn xung liệt kê trong bài chúng ta còn có nguồn Switching với sơ đồ mạch điện như hình vẽ

Mạch Buck-Boost: Mạch Buck-Boost có khả năng tạo ra dòng điện một chiều với điện áp đầu ra trái dấu so với điện áp nguồn. Độ lớn nhỏ có điện áp đầu ra phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng của mạch xung.

Nguồn Flyback: Đây là loại nguồn xung có ứng dụng đa dạng nhất khi cho phép người sử dụng tùy chỉnh và tạo ra một hoặc nhiều đầu ra có mức điện áp và cực theo mong muốn. Chính vì vậy mà mạch nguồn flyback được sử dụng nhiều trong các hệ thống cung cấp cấp năng lượng như pin mặt trời, điện gió,…

Hy vọng bài viết này đã giúp các bạn hiểu hơn về bản chất của nguồn xung cũng như nguyên lý hoạt động của loại linh kiện điện tử phổ biến này. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm các kiến thức về lĩnh vực vật lý điện tử này, đừng quên truy cập vào website chuthapdoquangninh.org.vn mỗi ngày để cập nhật thêm những bài viết mới nhé!

Xem thêm:

• Cảm biến hồng ngoại là gì? Nguyên lý của cảm biến hồng ngoại
• Cuộn cảm là gì? Cấu tạo và ứng dụng của cuộn cảm
• Momen xoắn là gì? Ý nghĩa đại lượng momen xoắn
• Điện từ trường là gì? Những điều cần biết về điện từ trường
• Công suất tiêu thụ – công suất hao phí là gì?