Điện áp xung là gì? Nguyên lý hoạt động như thế nào?

Nếu là người yêu âm thanh, chắc hẳn bạn đã nghe đến khái niệm điện áp xung. Vậy điện áp xung là gì? Nguyên lý hoạt động như thế nào? Tech Sound Việt Nam sẽ giúp bạn giải đáp vấn đề này chi tiết. 

1. Điện áp xung là gì?

Trong nghiên cứu vật lý, điện áp xung được định nghĩa là: Khi tần số đạt giá trị 50Hz với dạng sóng Sin của điện áp AC, ta gọi đó là điện áp tần số. Điện áp xung là điện áp xuất hiện trong khoảng thời gian rất ngắn, ví dụ như điện áp xung sét hoặc điện áp chuyển đổi. Dòng điện tức thời này tạo ra một nguồn năng lượng vô cùng lớn.

Để tạo ra điện áp xung, người ta sản xuất và chế tạo ra nguồn xung để ứng dụng vào các nhu cầu thực tế. Nguồn xung chuyển đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều nhờ vào chế độ dao động xung, thông qua sự kết hợp giữa một biến áp xung và một mạch điện tử.

Bộ nguồn tuyến tính cổ điển tạo ra các mức điện áp mong muốn như 3.3V, 5V, 6V, 9V, 12V, 18V, 24V… bằng cách hạ áp thông qua một biến áp sắt từ và sau đó dùng chỉnh lưu kết hợp với IC của nguồn tuyến tính. Tuy nhiên, bộ nguồn thế hệ cũ này không còn được sử dụng do sự cồng kềnh và giá thành cao.

>>> Xem thêm: Giải đáp Dùng dây điện làm dây loa được không?

2. Cấu trúc cơ bản của một bộ nguồn xung

Sau khi đã hiểu điện áp xung là gì, chúng ta sẽ tìm hiểu về cấu trúc cơ bản của một bộ nguồn xung. Dù trong thực tế một mạch điện có thể bao gồm nhiều linh kiện khác nhau tùy vào mục đích và chức năng, nhưng cấu trúc cơ bản của một bộ nguồn xung sẽ gồm: Biến áp xung, cầu chì, cuộn chống nhiễu, tụ lọc sơ cấp, diode chỉnh lưu, sò công suất, tụ lọc nguồn thứ cấp, IC quang và IC TL 431.

2.1 Biến áp xung

Biến áp xung tương tự như biến áp thông thường, bao gồm các cuộn dây quấn trên lõi từ, nhưng sử dụng lõi chất liệu Ferit thay vì lõi thép điện như biến áp thường. Biến áp xung có kích thước tương đương nhưng cho công suất lớn hơn nhiều và hoạt động tốt hơn ở dải tần cao.

2.2 Cầu chì

Chức năng quan trọng nhất của cầu chì là bảo vệ mạch nguồn khi xảy ra ngắn mạch. Cầu chì hoạt động bằng cách làm đứt mạch điện, giúp giảm thiểu nguy cơ cháy nổ hoặc hư hỏng thiết bị điện. Giá thành của cầu chì chỉ khoảng vài chục nghìn.

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

Những linh kiện này chuyển đổi điện áp xoay chiều 220V thành điện áp một chiều, tích trữ trên tụ lọc sơ cấp để cung cấp năng lượng cho cuộn sơ cấp của biến áp xung.

2.4 Sò công suất

Sò công suất là một linh kiện bán dẫn hoạt động như một công tắc chuyển mạch, có thể là Transistor, Mosfet, IC tích hợp hoặc IGBT. Sò công suất kết nối điện từ cực dương của tụ lọc với cuộn dây sơ cấp của biến áp xung rồi đưa tiếp đến Mass.

2.5 Tụ lọc nguồn thứ cấp

Tụ điện thứ cấp tích trữ điện từ cuộn thứ cấp để cấp cho tải tiêu thụ. Khi cuộn sơ cấp của biến áp đóng cắt điện liên tiếp bằng sò công suất, nó tạo ra từ trường biến thiên, tạo điện áp ra ở cuộn thứ cấp. Diode chỉnh lưu dòng điện áp này, rồi đưa tới tụ lọc thứ cấp để làm phẳng điện áp.

2.6 IC quang và IC TL431

Nhiệm vụ của các linh kiện này là cách ly phần điện áp ra của biến áp xung với tải tiêu thụ, đồng thời tạo ra một điện áp cố định để duy trì điện áp ra ổn định.

3. Một số kiểu nguồn xung cơ bản

Hiện nay, có một số kiểu nguồn xung phổ biến:

• Nguồn xung kiểu Buck: Chuyển đổi điện áp, cho dòng điện áp đầu ra nhỏ hơn điện áp đầu vào.
• Nguồn xung kiểu Boost: Ngược lại với Buck, cho điện áp đầu ra lớn hơn điện áp đầu vào.
• Nguồn xung kiểu Flyback: Cho phép truyền công suất gián tiếp qua biến áp, điện áp đầu ra có thể nhỏ hoặc lớn hơn điện áp đầu vào và có thể cung cấp nhiều điện áp đầu ra từ một điện áp đầu vào.
• Nguồn xung kiểu Push-Pull: Hoạt động tương tự Flyback nhưng sử dụng hai van đóng-cắt biến áp xung, mỗi van dẫn trong nửa chu kỳ hoạt động nguồn.

4. Nguyên lý hoạt động của điện áp xung

Điện áp đầu vào từ 80V đến 220V xoay chiều qua cuộn lọc nhiễu rồi được chỉnh lưu thành điện một chiều khoảng 130 – 300V trên tụ lọc nguồn sơ cấp. Tụ lọc nguồn sơ cấp tích năng lượng cho cuộn dây sơ cấp của biến áp xung hoạt động. Các tụ lọc phổ biến hiện nay có giá trị 4.7uF – 400V, 10uF-400V, 220uF-400V, 10uF-200V.

Cuộn thứ cấp của biến áp xung có các mạch chỉnh lưu cho ra điện một chiều cấp cho tải tiêu thụ. Điện áp này được duy trì ở mức cố định nhờ mạch ổn áp. Mạch hồi tiếp lấy tín hiệu điện áp ra để đưa vào bộ tạo xung dao động, giữ cho tần số dao động ổn định với điện áp ra mong muốn. Các IC ổn áp thường dùng là 7805, 7809, 7812, 7818, IC hồi tiếp là optocoupler PC817.