11 LOẠI NGUỒN ĐIỆN KHÁC NHAU

Những điểm chính

• Bộ nguồn chuyển đổi dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác để đảm bảo điện áp, tần số và dòng điện chính xác cho các thiết bị được kết nối.
• Bộ nguồn DC cung cấp dòng điện một chiều cho các thiết bị điện tử, trong khi bộ nguồn AC cung cấp dòng điện xoay chiều ở tần số và điện áp nhất định.
• Bộ nguồn ở chế độ chuyển mạch hoạt động bằng cách chuyển đổi giữa các trạng thái hoạt động khác nhau để giảm yêu cầu dòng điện và điện áp đầu ra trung bình của nguồn đầu vào.
• Nguồn cung cấp điện liên tục cung cấp năng lượng điện liên tục ngay cả khi mất điện hoặc gián đoạn, thường được sử dụng trong bệnh viện, trung tâm dữ liệu và các ứng dụng quan trọng khác.
• Nguồn điện cao áp tạo ra điện áp cực cao cho các thiết bị chuyên dụng như máy phát tia X và kính hiển vi điện tử.

Nguồn điện là không thể thiếu đối với bất kỳ hệ thống điện nào và có nhiều dạng. Chúng cung cấp nguồn điện ổn định, được điều chỉnh để đảm bảo các thiết bị được kết nối luôn an toàn và hoạt động chính xác. Tùy thuộc vào ứng dụng, loại nguồn điện được sử dụng có thể khác nhau rất nhiều. Mỗi loại đều có ưu điểm và nhược điểm tùy thuộc vào nhiệm vụ trước mắt. Hiểu những khác biệt này là rất quan trọng để chọn đúng loại nguồn điện cho dự án hoặc ứng dụng của bạn. Dưới đây là tổng quan chuyên sâu về các bộ nguồn khác nhau hiện có và ứng dụng của chúng.

Nguồn điện là gì?

Bộ nguồn là thiết bị cung cấp năng lượng điện an toàn và được điều chỉnh cho tải điện. Chức năng chính của nó là chuyển đổi dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác để đảm bảo điện áp, tần số và dòng điện chính xác. Thông thường, các thiết bị này chuyển đổi nguồn AC thành điện áp DC thấp hơn để sử dụng trong các thiết bị điện tử, máy tính và các thiết bị khác. Vì vậy, bộ cấp nguồn đôi khi còn được gọi là bộ chuyển đổi năng lượng điện.

Các chức năng khác được thực hiện bởi bộ nguồn bao gồm:

• Ngắt dòng điện khi có sự cố về điện.
• Điều chỉnh và giới hạn lượng điện năng tiêu thụ của các thiết bị ở mức an toàn.
• Điều hòa điện năng ngăn chặn sự tăng điện áp và tiếng ồn điện tử tiếp cận tải điện.
• Chức năng hiệu chỉnh hệ số công suất.
• Lưu trữ năng lượng để tiếp tục cấp nguồn cho các thiết bị trong trường hợp mất điện tạm thời.

Trong khi một số bộ cấp nguồn có dạng thiết bị độc lập riêng biệt thì một số khác được tích hợp vào các thiết bị mà chúng cấp nguồn. Ví dụ về nguồn điện tích hợp bao gồm những nguồn có sẵn trong các thiết bị điện tử tiêu dùng và máy tính để bàn.

Các loại nguồn điện

Bộ nguồn DC

Bộ nguồn DC cung cấp dòng điện một chiều (DC) cho tải. Chúng thường có mặt trong các thiết bị điện tử như máy tính, thiết bị y tế và đồ gia dụng. Trong nhiều trường hợp, bộ nguồn DC chuyển đổi điện áp đầu vào AC thành điện áp đầu ra DC thấp hơn với sự trợ giúp của máy biến áp hoặc thiết bị phù hợp. Tuy nhiên, tùy thuộc vào yêu cầu, bộ nguồn AC-to-DC đôi khi cung cấp điện áp đầu ra với tần số dòng điện xoay chiều không đáng kể, được gọi là điện áp gợn sóng.

Bên cạnh các bộ cấp nguồn AC-to-DC, bạn cũng có thể tìm thấy các bộ nguồn DC-to-DC giúp chuyển đổi điện áp DC này sang điện áp DC khác. Chúng phục vụ các ứng dụng như xe điện và thiết bị chạy bằng pin, trong đó điện áp đầu ra phải khác với điện áp đầu vào.

Cung cấp năng lượng tuyến tính

Bộ nguồn tuyến tính là loại bộ chuyển đổi AC-to-DC phổ biến nhất. Bộ cấp nguồn dạng lót thu được điện áp đầu ra DC bằng cách truyền điện áp đầu vào AC qua máy biến áp nguồn để lọc và chỉnh lưu. Thông qua quá trình lọc, nguồn điện sẽ giảm biên độ tần số nguồn điện xoay chiều ở đầu ra bộ chỉnh lưu.

Dung sai gợn sóng của tải thường quyết định mức độ lọc cần thiết từ nguồn điện. Tuy nhiên, trong một số trường hợp nhất định, nó bị bỏ qua hoàn toàn. Ví dụ: một số ứng dụng sạc pin chỉ cần nguồn điện chỉ có một diode, máy biến áp và các điện trở đơn giản để hạn chế dòng sạc đầu ra.

Cung cấp điện áp chuyển mạch

Bộ nguồn chuyển đổi chế độ (SMPS) là loại nguồn điện AC-to-DC phổ biến thứ hai. Đúng như tên gọi của nó, SMPS hoạt động bằng cách chuyển đổi giữa các trạng thái hoạt động khác nhau để giảm yêu cầu dòng điện và điện áp đầu ra trung bình của nguồn đầu vào. Loại nguồn điện này sẽ chỉnh lưu trực tiếp đầu vào AC và lọc nó để thu được điện áp DC.

SMPS sau đó sẽ tắt và bật điện áp DC thu được, chuyển mạch điện tử ở tần số cao. Kết quả là nó tạo ra dòng điện xoay chiều có thể chạy qua cuộn cảm hoặc máy biến áp tần số cao. Sau máy biến áp hoặc cuộn cảm, dòng điện xoay chiều tần số cao được lọc và chỉnh lưu để tạo ra điện áp đầu ra DC lý tưởng.

Vì lý do an toàn, SMPS đôi khi sử dụng máy biến áp tần số cao được cách điện đầy đủ để đảm bảo đầu ra được cách điện với nguồn điện chính. Chúng cũng có các tính năng an toàn khác, như giới hạn dòng điện, để bảo vệ người dùng và thiết bị khỏi bị tổn hại. SMPS thường được điều chỉnh và thường sử dụng bộ điều khiển phản hồi để theo dõi mức tiêu thụ dòng điện của tải và giữ cho điện áp DC đầu ra không đổi.

Nếu SMPS phát hiện hiện tượng tiêu hao điện bất thường ở dòng điện cao, nó có thể cho rằng đó là sự cố chập điện trực tiếp và tắt trước khi có bất kỳ tổn hại nào xảy ra.

Nguồn điện dung (không biến áp)

Bộ cấp nguồn điện dung (không biến áp) là loại bộ chuyển đổi AC-to-DC cuối cùng. Chúng hoạt động bằng cách chuyển đổi điện áp đầu vào thành dạng sóng được chỉnh lưu mà không cần máy biến áp, thay vào đó sử dụng tụ điện. Họ sử dụng tụ điện để giảm điện áp đầu vào nguồn điện xuống điện áp xoay chiều thấp hơn và lọc, điều chỉnh và chỉnh lưu để tạo ra điện áp đầu ra DC nhất quán.

Điện áp đầu ra tổng hợp và nguồn điện không bị cô lập. Do đó, bất cứ thứ gì được kết nối với nguồn điện điện dung đều phải có lớp cách điện đáng tin cậy để bảo vệ thiết bị và con người khỏi điện áp cao chết người. Ngoài ra, tụ điện giảm điện áp của nó phải có khả năng chịu được toàn bộ điện áp nguồn và hỗ trợ dòng tải tối đa. Những hạn chế này giới hạn các ứng dụng cung cấp điện dung chỉ ở các ứng dụng có công suất thấp.

Bộ điều chỉnh tuyến tính

Bộ điều chỉnh tuyến tính là một thiết bị điện tử được sử dụng trong nguồn điện để điều khiển điện áp đầu ra. Chức năng chính của nó là chuyển đổi điện áp DC khác nhau thành điện áp DC thấp hơn không đổi. Nó cũng thực hiện các nhiệm vụ giới hạn dòng điện để bảo vệ tải và nguồn điện khỏi dòng điện quá mức và có khả năng phá hủy.

Các chuyên gia khuyên bạn nên sử dụng bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính cùng với các nguồn điện khác để duy trì điện áp đầu ra ổn định, không phụ thuộc vào sự dao động điện áp đầu vào và trở kháng tải. Bộ điều chỉnh điện áp lót cũng giúp giảm tiếng ồn cũng như độ lớn và gợn sóng của điện áp đầu ra.

Nguồn điện xoay chiều

Bộ nguồn AC cung cấp đầu ra dòng điện xoay chiều (AC) ở tần số và điện áp nhất định. Chúng thường nhận điện áp từ ổ cắm trên tường chính, thường không tương thích với nguồn điện cần thiết để cấp nguồn cho tải. Bộ nguồn AC tinh chỉnh và chuyển đổi nguồn điện đầu vào thành dòng điện, tần số và điện áp mà thiết bị yêu cầu để giải quyết vấn đề này.

Bộ nguồn AC biến đổi nguồn điện đầu vào bằng cách tăng hoặc giảm điện áp, sau đó lọc. Do đó, nguồn điện được cung cấp sẽ đạt đến tải một cách được kiểm soát và chính xác. Tóm lại, bộ nguồn AC có thể điều chỉnh điện áp và dòng điện của thiết bị để đạt được mức an toàn.

Đầu vào nguồn có thể ở dạng DC hoặc AC với nguồn điện AC. Tùy thuộc vào ứng dụng, một nguồn điện duy nhất có thể cung cấp cả đầu ra AC và DC. Đôi khi, một số máy biến áp nguồn AC có thể cho điện áp đầu ra tương tự như điện áp nguồn, được gọi là máy biến áp cách ly.

Bộ chuyển điện xoay chiêu

Bộ đổi nguồn AC là nguồn điện được gọi là “bộ đổi nguồn cắm” hoặc “gói phích cắm”. Các bộ điều hợp này được tích hợp vào phích cắm nguồn điện xoay chiều chính có đầu ra DC hoặc AC được truyền qua một hoặc nhiều cáp có dây cứng. Bộ đổi nguồn AC phổ dụng đáp ứng các điện áp nguồn AC khác nhau bằng cách sử dụng các đầu nối đầu vào có thể hoán đổi cho nhau.

Bộ điều hợp có đầu ra AC thường chỉ có một máy biến áp thụ động, trong khi bộ điều hợp đầu ra DC có một vài điốt hoặc sử dụng mạch chuyển đổi chế độ. Một tính năng độc đáo của bộ đổi nguồn AC là chúng tiêu thụ điện năng và tạo ra từ trường và điện trường ngay cả khi không kết nối với bất kỳ tải nào. Vì vậy, việc cắm chúng vào các dải nguồn thường xuyên là cần thiết để đảm bảo người dùng có thể bật tắt chúng theo cách thông thường.

Nguồn điện có thể lập trình

Bộ nguồn có thể lập trình (PPS) là loại bộ cấp nguồn AC-to-DC mới nhất. PPS cho phép vận hành được điều khiển từ xa thông qua giao diện kỹ thuật số hoặc đầu vào tương tự. Chúng cung cấp độ chính xác, tính linh hoạt và khả năng kiểm soát cao cho người dùng bằng cách cho phép họ điều chỉnh điện áp và dòng điện đầu ra theo nhu cầu của họ theo chương trình.

Bộ nguồn có thể lập trình thường hoạt động trong các thiết bị kiểm tra tự động như đồng hồ vạn năng kỹ thuật số, theo dõi sự phát triển tinh thể, máy hiện sóng và máy tạo tia X. Loại nguồn điện này thường sử dụng một máy vi tính tích hợp để giám sát và kiểm soát hoạt động của nguồn điện. Chúng cũng được trang bị giao diện máy tính có thể sử dụng các giao thức liên lạc tiêu chuẩn hoặc độc quyền cùng với các ngôn ngữ điều khiển thiết bị.

Cung cấp điện liên tục

Nguồn cung cấp điện liên tục (UPS) là hệ thống điện cung cấp dòng năng lượng điện liên tục cho tải, ngay cả trong trường hợp mất điện hoặc gián đoạn. UPS thường nhận được nguồn điện từ nhiều nguồn cùng một lúc. Hơn nữa, chúng thường nhận nguồn điện trực tiếp từ nguồn điện xoay chiều đồng thời sạc pin lưu trữ.

Pin lưu trữ sẽ hoạt động ngay lập tức trong trường hợp mất điện hoặc mất điện để đảm bảo cung cấp điện liên tục cho tải. Những bộ nguồn này lưu trữ năng lượng từ nguồn AC và chuyển đổi thành điện áp DC. UPS cũng bảo vệ chống quá điện áp, thấp áp và các sự cố bất thường khác trong nguồn điện. Hơn nữa, các hệ thống này cũng có thể chứa các bộ phận chống sét lan truyền để bảo vệ khỏi các xung điện áp cao có thể làm hỏng thiết bị nhạy cảm.

Thời lượng điện được cung cấp bởi UPS thường phụ thuộc vào kích thước pin của nó. Thông thường, hầu hết các cài đặt máy tính chỉ cung cấp năng lượng trong thời gian đủ để người dùng lưu dữ liệu của họ và tắt hệ thống đúng cách.

Tuy nhiên, một số hệ thống UPS có thiết kế độc đáo cho phép chúng cung cấp điện trong thời gian dài, từ 15 phút đến hàng giờ hoặc hàng ngày. Những UPS như vậy thường sử dụng tua-bin hoặc động cơ đốt trong để cung cấp điện trong nhiều giờ. Các UPS như thế này thực hiện nhiều chức năng khác nhau trong bệnh viện, trung tâm cuộc gọi, trung tâm dữ liệu và địa điểm di động, nơi sự gián đoạn nguồn điện có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng.

Nguồn điện cao áp

Bộ nguồn điện áp cao là các mạch chuyển đổi năng lượng cực kỳ phức tạp được thiết kế để chuyển đổi từ điện áp thấp sang điện áp cao hơn. Các mạch này tạo ra điện áp cực cao từ hàng chục đến hàng trăm kilovolt. Chúng thường được sử dụng để điều khiển và tăng tốc các chùm ion và electron trong các thiết bị như máy phát tia X, chùm ion tập trung và kính hiển vi điện tử.

Bộ nguồn điện áp cao sử dụng các đầu nối đặc biệt để ngăn chặn hiện tượng phóng hồ quang, vô tình tiếp xúc với con người hoặc đánh thủng cách điện. Đầu nối Tiêu chuẩn Liên bang rất quan trọng đối với mọi thiết bị có điện áp trên 20kV, nhưng đầu nối thông thường được phép sử dụng cho điện áp thấp hơn. Để điều khiển điện áp đầu ra, một số bộ nguồn điện áp cao sử dụng giao diện truyền thông đầu vào kỹ thuật số hoặc analog.

Bộ nguồn điện áp cao thường áp dụng năng lượng đầu vào của chúng cho bộ biến tần nguồn, điều khiển máy biến áp cao áp và bộ nhân điện áp để tạo ra điện áp cao hơn. Điện áp cao được tạo ra sau đó đi qua các đầu nối đặc biệt tới bộ chia điện áp, bộ chia điện áp này sẽ chuyển đổi nó thành tín hiệu đo điện áp thấp. Bộ điều khiển vòng kín sử dụng tín hiệu đo sáng này để điều chỉnh điện áp cao được tạo ra bằng cách điều chỉnh công suất đầu vào của biến tần.

Cung cấp năng lượng lưỡng cực

Bộ nguồn lưỡng cực tạo ra điện áp dương và âm từ một nguồn AC duy nhất. Chúng hoạt động trên cả bốn góc phần tư của dòng điện/điện áp trên mặt phẳng Descartes. Mặc dù tín hiệu tương tự mức thấp kiểm soát đầu ra, nguồn điện lưỡng cực là bộ khuếch đại hoạt động băng thông thấp với giao điểm 0 liền mạch và công suất đầu ra cao. Bộ nguồn lưỡng cực thường hoạt động trong các ứng dụng khoa học để cấp nguồn cho các thiết bị từ tính.

Dòng dưới cùng

Hiểu các loại bộ cấp nguồn khác nhau là rất quan trọng để chọn loại phù hợp với nhu cầu cụ thể của bạn. Cho dù bạn yêu cầu bộ nguồn ATX tiêu chuẩn cho máy tính, bộ nguồn DC cho các dự án điện tử hay bộ nguồn mô-đun để tăng cường tính linh hoạt, mỗi loại đều cung cấp các tính năng và lợi ích riêng.