Bạn có thể đang sử dụng điện thoại thông minh, máy tính xách tay hoặc máy tính cá nhân hàng ngày. Các thiết bị điện tử này sử dụng dòng điện một chiều (DC) để hoạt động. Tuy nhiên, vì các hộ gia đình thường được cấp điện bằng dòng điện xoay chiều điện áp cao (AC), bạn sẽ cần giảm điện áp và chuyển đổi AC thành DC bằng cách sử dụng nguồn điện như cục gạch hoặc bộ sạc.
Các bộ nguồn phổ biến nhất được sử dụng ngày nay là bộ nguồn tuyến tính và chuyển mạch. Biết loại nào được sử dụng cho các ứng dụng cụ thể sẽ giữ cho thiết bị điện tử của bạn an toàn và hoạt động tối ưu.
Tiếp tục đọc bên dưới để so sánh giữa nguồn cấp điện tuyến tính và chuyển mạch.
Nguồn cấp điện tuyến tính và chuyển mạch là gì?
Bộ nguồn tuyến tính và chuyển mạch là các thiết bị điện được sử dụng để cấp nguồn và sạc các thiết bị điện tử DC. Các thiết bị này có nhiệm vụ làm hai việc: hạ điện áp và chuyển đổi AC sang DC. Mặc dù cả hai thiết bị đều hạ thấp và chỉnh lưu điện năng, nhưng sự khác biệt về cách chúng đạt được những tác vụ này khiến chúng phù hợp hơn với một số ứng dụng nhất định.
Nguồn điện tuyến tính là một thiết bị được sử dụng trong các hoạt động có độ ồn thấp và chính xác. Việc sử dụng máy biến áp nặng và bộ lọc tương tự cho phép bộ nguồn này tạo ra điện áp sạch với chi phí hiệu quả thấp, trọng lượng nặng hơn và kích thước lớn hơn. Bộ nguồn tuyến tính được sử dụng tốt nhất trong thiết bị ghi âm, nhạc cụ điện, thiết bị y tế và dụng cụ đo lường trong phòng thí nghiệm có độ chính xác cao.
Nguồn điện chuyển đổi hoặc chuyển đổi chế độ (SMPS) được sử dụng cho các hoạt động hiệu suất cao và dòng điện cao. Không giống như bộ nguồn tuyến tính, bộ nguồn chuyển mạch sử dụng các thành phần trạng thái rắn để điều biến và điều chỉnh điện áp đến. Các bộ nguồn này dựa trên việc chuyển đổi tần số cao bằng cách sử dụng các bóng bán dẫn điện, làm cho chúng ồn ào nhưng tiết kiệm điện năng cao, nhẹ và nhỏ gọn. Bộ nguồn chuyển mạch thường được sử dụng trong máy tính, bộ sạc điện thoại, thiết bị sản xuất và nhiều thiết bị điện tử điện áp thấp.
Cách thức hoạt động của nguồn điện tuyến tính
Sử dụng các thành phần hoàn toàn tương tự có sẵn trong những năm 50, các bộ nguồn tuyến tính phải dựa vào các máy biến áp công suất nặng và các tụ điện điện tích cồng kềnh để hạ và chỉnh lưu điện áp. Mặc dù khi đó bóng bán dẫn đã được sản xuất hàng loạt, nhưng điện áp xoay chiều cao chỉ đơn giản là tạo ra quá nhiều nhiệt để bóng bán dẫn có thể xử lý.
Đây là một sơ đồ của một nguồn cung cấp điện tuyến tính:
Nguồn điện tuyến tính hoạt động theo ba bước:
Bước 1: Hạ điện áp xoay chiều cao đến thông qua việc sử dụng máy biến áp.
Bước 2: Điện áp được hạ thấp sau đó đi qua bộ chỉnh lưu toàn cầu, bộ chỉnh lưu này sẽ chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều xung.
Bước 3: Các tín hiệu điện áp DC xung đi qua một bộ lọc bao gồm các cuộn cảm và tụ điện. Bộ lọc làm mịn này loại bỏ các dao động tín hiệu của điện áp một chiều xung động, làm cho chúng có thể sử dụng được cho các thiết bị điện tử tinh vi.
Cách thức hoạt động của nguồn điện chuyển mạch
Bộ nguồn chuyển mạch là các thiết bị phức tạp sử dụng các thành phần trạng thái rắn để thực hiện chuyển đổi nguồn tần số cao và một máy biến áp lõi ferit nhỏ hơn. Các loại bộ nguồn này có thể nâng cao và hạ thấp điện áp bằng cách sử dụng vòng phản hồi DC để điều khiển điện áp đầu ra.
Đây là cách chúng hoạt động:
.jpg?q=50&fit=crop&w=1500&dpr=1.5)
Bước 1: Điện áp cao xoay chiều đi vào nguồn điện thông qua mô-đun bảo vệ mạch bao gồm cầu chì và bộ lọc EMC. Cầu chì dùng để bảo vệ quá áp và bộ lọc EMC bảo vệ mạch khỏi các gợn sóng tín hiệu đến từ nguồn AC chưa được lọc.
Bước 2: Sau khi đảm bảo mạch được bảo vệ tốt, điện áp cao xoay chiều sau đó được đưa qua mô-đun thứ hai bao gồm một bộ chỉnh lưu toàn cầu và tụ điện làm mịn. Bộ chỉnh lưu toàn cầu chuyển đổi AC thành DC xung, sau đó được làm mịn bằng tụ điện.
Bước 3: DC điện áp cao sau đó được gửi qua trình điều khiển PWM, trình điều khiển này sẽ nhận phản hồi và điều khiển MOSFET công suất để điều chỉnh điện áp thông qua chuyển đổi tần số cao. Việc chuyển mạch cũng làm cho dòng điện một chiều thẳng thành sóng vuông.
Bước 4: Giờ đây, sóng vuông DC đi vào một máy biến áp lõi ferit, biến đổi tín hiệu trở lại thành sóng vuông AC.
Bước 5: Các sóng vuông AC đi qua một bộ chỉnh lưu cầu, chuyển đổi tín hiệu thành DC xung và sau đó truyền nó qua một bộ lọc làm mịn. Đầu ra cuối cùng sau đó được sử dụng để gửi tín hiệu đến trình điều khiển PWM, tạo một vòng phản hồi để điều chỉnh điện áp đầu ra.
Tuyến tính so với Chuyển mạch Nguồn cung cấp
Có nhiều lý do khác nhau tại sao nguồn điện được chọn để sử dụng cho các ứng dụng cụ thể. Những điều này thường bao gồm hiệu quả, tiếng ồn, độ tin cậy và khả năng sửa chữa, kích thước và trọng lượng, và chi phí. Bây giờ bạn đã có ý tưởng chung về cách chúng hoạt động, đây là cách chúng xử lý năng lượng ảnh hưởng đến hiệu suất và khả năng sử dụng trong các ứng dụng nhất định.
Hiệu quả
.jpg?q=50&fit=crop&w=1500&dpr=1.5)
Vì dòng điện phải đi qua một loạt các linh kiện điện và điện tử nên quá trình chỉnh lưu và điều chỉnh điện áp sẽ luôn kém hiệu quả. Nhưng bao nhiêu?
Tùy thuộc vào cách chúng được đánh giá, bộ nguồn chuyển đổi có thể có hiệu suất từ 80 – 92%. Điều này có nghĩa là thiết bị của bạn có thể tạo ra 80 – 92% năng lượng mà bạn đã đưa vào chúng. Hiệu quả của nó đến từ việc sử dụng các thành phần nhỏ hơn nhưng hiệu quả hơn để điều chỉnh điện áp thông qua chuyển mạch điện áp thấp tần số cao.
Ngược lại, nguồn điện tuyến tính chỉ có thể tiết kiệm năng lượng từ 50 – 60% do sử dụng các thành phần lớn hơn và kém hiệu quả hơn.
Nhiễu tín hiệu và gợn sóng
Mặc dù không hiệu quả, các bộ nguồn tuyến tính bù đắp cho sự kém hiệu quả của chúng thông qua đầu ra tín hiệu ổn định, sạch, ít nhiễu. Việc sử dụng các thành phần tương tự của nguồn điện tuyến tính cho phép chúng xử lý điện một cách trơn tru và không chuyển mạch, điều này làm cho đầu ra của chúng có độ gợn sóng thấp hoặc tiếng ồn thấp.
Mặt khác, việc chuyển đổi nguồn điện dựa vào việc chuyển đổi tần số cao của điện áp thấp để giảm nhiệt, có hiệu suất tốt hơn — và tạo ra nhiều tiếng ồn! Lượng nhiễu tín hiệu phụ thuộc vào thiết kế và chất lượng của nguồn cung cấp điện cho chế độ chuyển mạch cụ thể.
Kích thước và trọng lượng
Kích thước và trọng lượng của nguồn điện có thể ảnh hưởng nặng nề đến ứng dụng của nó trên các thiết bị điện tử nhỏ hơn. Vì bộ nguồn tuyến tính sử dụng các thành phần nặng và cồng kềnh, nên việc sử dụng chúng trên các thiết bị điện tử kín đáo là không thể trừ khi bạn sử dụng bộ nguồn làm bộ sạc.
Đối với bộ nguồn chuyển đổi, vì chúng sử dụng các thành phần nhỏ và nhẹ, chúng có thể được thiết kế đủ nhỏ để có thể tích hợp vào các thiết bị vốn đã nhỏ hơn. Trọng lượng thấp và kích thước nhỏ của bộ nguồn chuyển mạch kết hợp với hiệu quả sử dụng điện của nó là những gì làm cho nó có thể áp dụng cho phần lớn các thiết bị điện tử cầm tay.
Độ tin cậy và khả năng sửa chữa
Với các bộ phận ít hơn có thể bị vỡ trong quá trình hoạt động, bộ nguồn tuyến tính cung cấp đầu ra ổn định và đáng tin cậy. Sự đơn giản trong thiết kế và sử dụng các linh kiện điện tử phổ biến hơn giúp mọi người dễ dàng hơn trong việc tìm nguồn cung cấp các bộ phận và sửa chữa các nguồn cung cấp tuyến tính.
Có nhiều thành phần tinh vi hơn đáng kể, việc chuyển đổi nguồn điện có nhiều khả năng bị hỏng trước khi nguồn điện tuyến tính. Tuy nhiên, thiết kế tốt và sử dụng các thành phần chất lượng có thể làm cho bộ nguồn chuyển mạch trở nên rất đáng tin cậy, thậm chí có thể đáng tin cậy như bộ nguồn tuyến tính. Vấn đề thực sự của việc chuyển đổi nguồn điện là chúng ngày càng khó sửa chữa hơn và thiết kế của chúng phức tạp hơn.
Hiệu quả chi phí
Trước đây, bộ nguồn tuyến tính là thiết bị tiết kiệm chi phí hơn do thiết kế đơn giản và sử dụng ít linh kiện hơn. Nó cũng không giúp sản xuất linh kiện bán dẫn đắt tiền. Tuy nhiên, với nhu cầu nhiều hơn về chất bán dẫn, các nhà sản xuất đã có thể mở rộng quy mô và làm cho các thành phần ở trạng thái rắn rẻ hơn theo cấp số nhân so với trước đây. Điều này làm cho nhiều thiết kế bộ nguồn chuyển mạch tiết kiệm chi phí hơn so với bộ nguồn tuyến tính.
Sử dụng nguồn điện thích hợp
Vì vậy, đó là tất cả mọi thứ bạn sẽ cần biết về nguồn cấp điện tuyến tính và chuyển mạch. Để đảm bảo rằng các thiết bị điện tử của bạn được an toàn, hãy luôn sử dụng bộ sạc gốc đi kèm với thiết bị, nhưng nếu chúng không có sẵn, bạn luôn có thể mua một bộ chuyển đổi nguồn.
Trước khi mua, hãy nhớ rằng nguồn điện tuyến tính là lý tưởng cho các thiết bị điện tử được sử dụng cho các ứng dụng chính xác như nhạc cụ điện, radio và dụng cụ y tế, trong khi nguồn điện chuyển mạch được sử dụng cho các trường hợp hiệu quả cao như nguồn điện máy tính, bộ sạc và ánh sáng.
