Power Supply là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch

Power Supply là gì?

Power Supply được hiểu là bộ chuyển mạch có tác dụng chuyển đổi từ một điện áp cao cấp (điện áp xoay chiều AC) thành điện áp một chiều (DC). Nó được gọi với nhiều tên khác như bộ nguồn chuyển mạch, bộ nguồn đóng ngắt, hệ thống bộ chuyển đổi nguồn.

Thiết bị giúp chuyển đổi năng lượng một cách hiệu quả hơn. Do đó nó được ứng dụng trong các thiết bị cầm tay như điện thoại di động, máy tính xách tay,…

Cấu tạo của mạch Power Supply

Trong mạch Power Supply được cấu tạo bởi nhiều bộ phận như:

• Bridge rectifier (Bộ chỉnh lưu cầu): Được dùng để chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) sang dòng điện một chiều (DC).
• Filter capacitor (Tụ lọc): Có tác dụng làm mịn dòng điện một chiều, loại bỏ các gợn sóng không mong muốn.
• Start up resistors (Biến trở khởi động): Giúp giảm điện áp trong tụ điện khởi động.
• Chopper/Power FET (Transistor trường ứng FET): Loại một loại linh kiện bán dẫn transistor, có khả năng sử dụng điện trường để kiểm soát ảnh hưởng đến độ dẫn của kênh dẫn và các vật chất bán dẫn khác.
• Pulse Width Modulation (Mạch điều chỉnh điện áp ra tải): Điều khiển công suất cung cấp cho các thiết bị điện khác nhau.
• Current sense resistor (Biến trở dò dòng điện): Được dùng để đo dòng điện, nhằm phát hiện chuyển đổi dòng điện áp đầu ra phù hợp.  Các loại biến trở dò dòng điện thường có điện trở thấp để giảm tiêu thụ điện năng, cũng như nguy cơ đoản mạch.
• Switch mode power transformer (Biến áp SMP): Chuyển đổi nguồn điện chính AC sang DC.
• Optoisolator/optocoupler: Là thiết bị bán dẫn để truyền tín hiệu điện giữa hai mạch cách ly.
• Error Amplifier IC (Vi mạch khuếch đại lỗi TL431): Khuếch đại tín hiệu lỗi TL431, tạo biến áp cố định để khống chế điện áp trên cuộn thứ cấp.
• Secondary inductors (Cuộn thứ cấp): Được nối với tải điện tiêu thụ và là một trong những thành phần quan trọng của máy biến áp.
• Secondary diodes  (Điốt thứ cấp): Linh kiện bán dẫn có khả năng chỉ cho phép dòng điện đi qua theo một chiều cố định.
• Secondary filter capacitors (Tụ lọc thứ cấp): Tích trữ điện năng trên cuộn thứ cấp cho tải.

Nguyên tắc hoạt động của Power Supply là gì?

Power Supply sẽ hoạt động như sau: Điện áp AC được chuyển từ nguồn chính AC Supply đưa các thông tin về bộ chỉnh lưu cầu. Từ đó cho ra một hệ thống điện áp đầu ra kiểu DC. Tiếp đến chúng sẽ lọc bằng 1 tụ điện lớn hơn với giá trị vào khoảng 450V.

Tiếp đến nguồn điện áp này sẽ được đi qua biến áp, vượt qua ngưỡng điện trở của điện áp, rồi hạ giá trị sau đó được đưa vào nguồn pin VCC.

Khi các bộ vi mạch PWM thu được điện áp, nó sẽ tạo ra một tín hiệu để nhận biết. Bên cạnh đó, từ trường trên các cuộn dây sẽ dần thay đổi. Sau đó chúng thay đổi tiếp ở các cuộn dây thứ cấp.

Lưu ý: Trong một mạch điện áp có đầu ra là DC 8+. Sản lượng được sinh ra sẽ quay trở lại PWM. Khi B+ tăng hoặc giảm, nó sẽ khiến mạch PWM hoạt động để điều chỉnh lại các trị số.

Sự điều chỉnh giảm

• Trong mạch điều chỉnh giảm sẽ gồm các bộ phận như cuộn cảm, diot, tụ điện và hệ thống mạch khuếch đại hoặc mạch điều chỉnh tuyệt đối.
• Sản phẩm hoạt động bằng cách thay đổi thời gian với điện năng được nhận từ nguồn.
• Còn nguyên lý vận hành, điều chỉnh giảm xuất hiện điện áp khi mạch đóng. Ví dụ như các phương trình điện dẫn, dòng điện sẽ tăng vọt lên đạt mức ổn định. Khi đó, diot ở trạng thái đảo chiều và sẽ không có khả năng điều khiển.

Sự điều chỉnh tăng

Sự điều chỉnh tăng hay Boost Converter là một trong những lợi thế của SMPS, nó được tạo ra các thay đổi trong điều chỉnh tăng và chuyển đổi Boost. Đặc biệt nó được ứng dụng rộng rãi khi cần mức điện áp cao để tăng công suất.

Chúng có cách thức hoạt động khá đơn giản. Đó là dựa vào sự tác động của việc tắt hay mở công tắc. Khi đó bạn có thể kiểm tra dạng sóng của dòng điện ở các thời điểm khác nhau. Thông thường khả năng đạt hiệu cao lên đến 85%.

Sự kết hợp điều chỉnh tăng-giảm

Sự kết hợp này đem lại một khả năng lớn hơn so với khi hoạt động một mình. Dưới đây là một số cấu hình có sử dụng sự kết hợp này:

V-in, V-out: Đây là cấu hình có sự kết hợp của các bộ phận chuyển đổi buck đơn lẻ hay chuyển đổi boost đơn lẻ. Tuy nhiên, sự kết hợp này thường tạo ra điện áp âm đầu ra so với điện áp dương đầu vào. Nó không phải là dạng được sử dụng phổ biến mà chỉ được áp dụng cho một số thiết bị.

V-in, V-out +: Là một sự kết hợp giữa hai điện áp đầu vào và đầu ra đều cùng cực. Tại đây, hai công tắc sẽ hoạt động cùng một lúc, thực hiện việc đóng mở. Khi công tắc điện mở, dòng điện sẽ được hình thành ngay sau đó.

Ưu, nhược điểm của Power Supply là gì?

Được biết đến là một bộ phận có vai trò quan trọng trong hệ thống điện có tác dụng giúp ổn định và hạn chế nguy cơ chập mạch có thể dẫn đến hư, hỏng thiết bị, Power Supply nhưng ưu và nhược điểm như:

Ưu điểm

• Hiệu quả cao: Mức tản nhiệt của bộ cấp nguồn thấp giúp đem lại hiệu quả hoạt động tốt hơn. Bên cạnh đó, lệnh ON/OFF sẽ giúp dễ dàng chuyển sang dạng mạch.
• Thiết kế nhỏ gọn: Power supply được thiết kế khá nhỏ gọn, từ đó giúp tiết kiệm diện tích trong mạch điện.
• Công nghệ linh hoạt: Thiết bị được tích hợp khả năng chuyển đổi linh hoạt cho các thiết bị, từ đó giúp điều chỉnh mức tăng/giảm điện áp hoặc cả hai.

Nhược điểm

Bên cạnh các ưu điểm nổi bật thì Power Supply còn tồn tại nhiều nhược điểm như:

• Tạo ra nhiều xung: Khi bạn đóng hoặc ngắt bộ cấp nguồn sẽ tạo ra các xung. Nó có thể phá hủy, cũng như gây trục trặc thiết bị.
• Tăng chi phí: Đây là loại mạch được thiết kế theo một kiểu duy nhất. Do đó cần lắp thêm các thành phần như tụ điện, bộ lọc,… bên ngoài để hỗ trợ hoạt động.
• Đòi hỏi chuyên môn cao: Để có bộ cấp nguồn hoạt động tốt cầu kỹ thuật cao. Nếu như nhân lực của đơn vị thi công không đủ kinh nghiệm. Nó có thể gây hư hỏng, trục trặc máy móc hay thiết bị.

Tiêu chí đánh giá Power Supply tốt

Vậy làm thế nào để đánh giá được một Power Supply tốt? Dưới đây là một gợi ý để bạn chọn lựa thiết bị đạt chuẩn:

• Sự ổn định điện áp đầu ra: Khi thiết bị hoạt động với công suất thiết kế, điện áp trên dây không sai lệch quá từ -5% đến +5% so với điện áp định danh.
• Điện áp đầu vào cần phải bằng phẳng, không gây ra hiện tượng nhiễu xung.
• Công suất đầu vào hoặc đầu ra phải từ 81% trở lên. Bên cạnh đó không gây ra các hiện tượng như từ trường, điện trường, nhiễu xung ra xung quanh. Ngoài ra, bộ cấp nguồn tốt cần phải chịu được những thử tác động lên chính mình.
• Cần đảm bảo quá trình hoạt động của thiết bị không sinh ra nhiệt độ cao, rung ít và tiếng ồn nhỏ.
• Mạch điện cần có dây nối, chân cắm đa dạng, dây phải được bọc cẩn thận và chống nhiễu tốt.
• Dải điện áp đầu vào rộng hoặc thường nằm trong khoảng từ 90 – 260Vac, tần số 50/60Hz.

Như vậy qua bài viết, chúng tôi đã cung cấp đến bạn những kiến thức quan trọng xoay quanh chủ đề “Power Supply là gì?” Mong rằng nó sẽ mang lại cho bạn nhiều kiến thức thú vị. Mọi thắc mắc hay những đóng góp ý kiến vui lòng liên hệ với AME Group để được hỗ trợ.