Power Supply là gì? Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của Power Supply

Power Supply được biết đến là thiết bị điện cung cấp năng lượng điện cho phụ tải. Chức năng chính của thiết bị này chính là chuyển đổi dòng điện từ bộ nguồn sang các thành phần khác. Cụ thể là điện áp, dòng điện và tần số sao cho thật chính xác để cấp nguồn cho tải hoạt động. Vậy để tìm hiểu rõ hơn về Power Supply là gì? Các bạn hãy theo dõi bài viết dưới đây của chúng tôi nhé!

Tóm Tắt Nội Dung

Power Supply là gì?

Power Supply là mạch điện tử có nhiệm vụ chuyển đổi từ điện áp cấp này sang điện áp nguồn điện 1 chiều. Bộ nguồn có tên đầy đủ là Switching Mode Power Supply. Được viết tắt là SMPS. Nói một cách khác thì đây chính là một dạng của chuyển đổi năng lượng. Power Supply có rất nhiều tên gọi khác nhau như bộ nguồn chuyển mạch, bộ nguồn xung, bộ chuyển đổi nguồn…

SMPS được ứng dụng rất quan trọng trong các thiết bị điện tử, đặc biệt là thiết bị cầm tay. Cụ thể là máy tính và điện thoại di động hay các thiết bị được cung cấp năng lượng từ pin.

Cấu tạo của mạch Power Supply

Các bộ phận cấu thành mạch SMPS là:

Bridge rectifier: Bộ chỉnh lưu cầu
Filter capacitor: Tụ lọc
Start up resistors: Biến trở khởi động
Chopper/Power FET: Transistor trường ứng FET
Pulse Width Modulation: Mạch điều chỉnh điện áp ra tải
Current sense resistor: Biến trở dò dòng điện
Switch mode power transformer: Biến áp SMP
Optoisolator/optocoupler
Error Amplifier IC: Vi mạch khuếch đại lỗi TL431
Secondary inductors: Cuộn thứ cấp
Secondary diodes: Điốt thứ cấp
Secondary filter capacitors: Tụ lọc thứ cấp

Nguyên tắc hoạt động của Power Supply là gì?

Điện áp AC từ nguồn điện sẽ được đưa vào bộ chỉnh lưu để tạo ra được điện áp đầu ra DC. Tiếp đến dòng điện áp này sẽ được lọc qua tụ điện lớn có giá trị 220 UF cho đến 450V. Điện áp DC sau khi được lọc qua biến áp, khi đạt ngưỡng điện trở sẽ giảm xuống. Cuối cùng sẽ được đưa đến nguồn pin VCC trong PWM hoặc mạch điều chỉnh điện áp đến tải.

Tại PWM, khi các vi mạch nhận được điện áp sẽ tạo ra được tín hiệu để transistor chạy FET. Điều này sẽ tạo ra được sự thay đổi trong từ trường trên cuộn sơ cấp của biến áp. Từ đó điều chỉnh sự thay đổi trong các cuộn dây thứ cấp. Khi cuộn thứ cấp tạo ra được điện áp đều sẽ được lọc để cho ra điện áp DC.

Sự điều chỉnh giảm

Trong các thiết bị sử dụng pin thì tiêu thụ điện năng là một vấn đề rất quan trọng. Điện trở có thể cho phép sự giảm xuống nhưng điện năng thì lại mất đi. Do đó, việc điều chỉnh giảm sẽ được sử dụng nhiều hơn.

Mạch cơ bản điều chỉnh giảm

Mạch cơ bản điều chỉnh giảm bao gồm: Cuộn cảm, diode, tụ điện, mạch khuếch đại, mạch điều khiển chuyển đổi. Mạch điều chỉnh giảm hoạt động theo nguyên lý thay đổi lượng thời gian. Tại đó, cuộn cảm sẽ nhận được lượng điện năng từ các nguồn điện.

Cách thức hoạt động của điều chỉnh giảm

Mạch đóng: Điện áp xuất hiện trên dây dẫn Vin – Vout. Dòng được sẽ được tăng lên mức (Vin – Vout)/L khi sử dụng các phương trình điện. Lúc này, diode sẽ đảo chiều và không điều khiển được.
Mạch mở: Dòng điện sẽ chạy qua dây dẫn, cuộn cảm và tải. Lúc này các diode sẽ đào chiều trở lại dòng điện bằng hệ thống I-out. Tại đây, sự phân cực của điện áp qua dây dẫn đã đảo chiều nên dòng điện qua cuộn cảm giảm. Tốc độ giảm bằng -Vout/L.

Sự điều chỉnh tăng

Vận dụng lợi thế của Power Supply chính là sự điều chỉnh tăng. Chúng được sử dụng nhiều trong các nguồn cung cấp mức điện áp nhỏ nhưng lại cần cao hơn. Việc làm này sẽ làm gia tăng công suất.

Mạch cơ bản điều chỉnh tăng

Các thành phần cơ bản cấu thành mạch chuyển đổi boost bao gồm: Cuộn cảm, diode, tụ điện, bộ khuếch đại lỗi, mạch điều khiển chuyển đổi. Mạch điều chỉnh tăng sẽ dựa vào việc thay đổi thời gian để cuộn cảm nhận được điện năng từ nguồn.

Cách thức hoạt động điều chỉnh tăng

Công tắc ON: Dòng điện bên trong dây dẫn sẽ được kết nối với dây nối đất. Lúc này điện áp V-in đã được đặt lên nên điện áp được tăng lên bằng với mức V-in/L.
Công tắc OFF: Điện áp trên cuộn cảm sẽ được thay đổi với giá trị chính bằng Vout-Vin. Lúc này, dòng điện trong dây dẫn sẽ được giảm giá trị tương ứng bằng (Vout-Vin)/L.

Sự kết hợp điều chỉnh tăng-giảm

Sự kết hợp điều chỉnh đem đến khả năng lớn hơn so với khi hoạt động một mình. Một số cấu hình được sử dụng cho sự kết hợp như sau:

V-in, V-out – là cấu hình có sự kết hợp các bộ phận chuyển đổi buck đơn lẻ hay chuyển đổi boost đơn lẻ. Tuy nhiên, sự kết hợp tạo ra được điện áp âm đầu ra so với điện áp dương đầu vào. Đây không phải là dạng thông dụng mà chỉ áp dụng cho 1 số thiết bị.
V-in, V-out + là sự kết hợp với 2 điện áp đầu vào và đầu ra đều cùng cực. Tại đây, 2 công tắc sẽ hoạt động cùng lúc, thực hiện việc đóng hoặc mở. Khi công tắc điện mở, dòng điện sẽ được hình thành ngay sau đó.

Ưu nhược điểm của nguồn chuyển mạch Power Supply

Ưu điểm

Hiệu quả cao: Việc sử dụng Power Supply sẽ mang đến hiệu quả hoạt động cao do mức tản nhiệt thấp. Dạng chuyển mạch đóng/ngắt dễ dàng điều chỉnh với các lệnh ON/OFF.
Thiết kế nhỏ gọn nên ít chiếm diện tích mạch điện.
Công nghệ sử dụng linh hoạt: Power Supply cung cấp các chức năng chuyển đổi linh hoạt cho các thiết bị. Hay điều chỉnh được mức tăng giảm điện áp hay kết hợp của cả hai.

Nhược điểm

Tạo ra sự nhiễu xung: Các xung sẽ xảy ra khi xuất hiện hành động đóng ngắt Power Supply. Đây được xem là một trong những vấn đề rất lớn cần giải quyết. Các xung có thể lan ra nhiều nơi trong mạch nếu không được lọc chính xác. Đặc biệt là vấn đề sinh nhiễu khi xuất hiện xung gai.
Các thành phần bên ngoài: Power Supply thiết kế với mạch tích hợp thành mạch duy nhất. Do đó, cần lắp thêm các thành phần bên ngoài là việc làm cần thiết. Cụ thể là các tụ điện và bộ lọc.
Yêu cầu thiết kế chuyên môn: Đây là điều quan trọng để SMPS có thể hoạt động được tốt nhất. Bởi Power Supply sẽ thực hiện nhiều yêu cầu kỹ thuật phức tạp hơn để đảm bảo được nhiễu xung.

Như vậy, bài viết trên đã cung cấp được cho bạn những kiến thức quan trọng nhất về Power Supply mà chúng tôi tổng hợp được. Hy vọng đó sẽ là những thông tin quan trọng, giúp ích cho bạn trong quá trình học tập và làm việc.