Điện năng mà chúng ta sử dụng hàng ngày từ mạng lưới điện chủ yếu là dòng điện xoay chiều (AC), trong khi hầu hết các thiết bị điện trong nhà lại hoạt động dựa trên dòng điện một chiều (DC). Vì lý do này, các bộ chuyển đổi nguồn AC-DC đóng vai trò quan trọng trong việc biến đổi dòng điện để phù hợp với yêu cầu của từng thiết bị. Tuy nhiên, bạn đã bao giờ tự hỏi tại sao không sử dụng luôn dòng điện DC trong mạng lưới điện tổng? Bài viết dưới đây của Hiệp Lực sẽ không chỉ trả lời câu hỏi này mà còn giúp bạn hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của mạch nguồn AC-DC, một yếu tố không thể thiếu trong mọi thiết bị điện hiện đại. Hãy cùng khám phá!

1.Sự ra đời của nguồn AC, nguồn DC

Thomas Edison là người đã phát minh ra đèn sợi đốt vào năm 1881. Trên thực tế, vào thời đó ở Mỹ, phương pháp tiêu chuẩn để cung cấp điện là nguồn 1 chiều DC. Để đẩy nhanh sự phổ biến và tính tiện dụng của đèn sợi đốt, Edison bắt tay vào kinh doanh mở rộng lưới truyền tải DC 110V. Tuy nhiên, truyền tải bằng nguồn 1 chiều gặp phải vấn đề sụt áp đáng kể, đến mức khoảng cách tối đa mà nguồn điện có thể truyền tải là 1,5 km. Điều này sẽ đòi hỏi phải xây dựng các trạm phát điện ngay tại nơi mà con người sinh sống, trong thành phố, thành thị hay nông thôn-một viễn cảnh không thể tưởng tượng nổi lúc bây giờ.

Để có thể thay thế nguồn điện 1 chiều, Nikola Tesla đã nghĩ ra các phương pháp sản xuất, truyền tải và sử dụng điện dựa trên nguồn điện xoay chiều, đồng thời chiến đấu cùng Edison  trong cuộc chiến “War of Currents”. Cuối cùng thì Tesla và công ty của ông ấy đã giành được chiến thắng – một sự kiện mà người ta vẫn còn nhớ được cho đến nay nhờ vào những ưu điểm của dòng điện AC: cung cấp giải pháp đơn giản cho việc chuyển đổi điện áp, cho phép sử dụng dây truyền dẫn mỏng và dài, đồng thời cung cấp khả năng truyền tải điện năng với ít tổn thất.

Trên thực tế, điện được truyền từ trạm phát điện dưới dạng xoay chiều ở điện áp cao từ hàng nghìn vôn đến 20.000V và nó được chuyển xuống 100V hoặc 200V trong trạm biến áp  được cung cấp trên cột điện ngay trước khi đến nhà dân.

Mạch nguồn AC DC

2.Tổng quan về nguồn AC-DC:

• Để hiểu một cách đơn giản hơn, ta định nghĩa bộ nguồn AC-DC như sau:

Đây là bộ nguồn được thiết kế để chuyển đổi và hạ nguồn điện AC xuống DC với mức điện áp thấp an toàn, đúng mức đầu ra yêu cầu của các thiết bị điện.

• Bộ nguồn AC-DC có thể tồn tại dưới dạng một mô-đun hoặc được tích hợp ngay bên trong các thiết bị. Nhưng dù là loại nào đi nữa, bộ nguồn AC -DC cũng hoạt động bằng cách chuyển đổi điện áp AC thành mức DC phù hợp nhờ chỉnh lưu điện áp hình sin và một tụ điện để làm mịn sóng, nhằm cung cấp đầu ra DC tuyến tính, ổn định.

3.Các loại nguồn AC-DC

3.1.Nguồn cách ly và không cách ly

Sử dụng nguồn điện cách ly có nghĩa là đầu vào AC được tách biệt vật lý khỏi đầu ra DC. Ngược lại, nguồn điện không cách ly được kết nối chặt chẽ với nhau giữa đầu vào và đầu ra. Với các ứng dụng đòi hỏi độ an toàn cao, loại nguồn cách ly sẽ là một lựa chọn được ưu ái. Một số thiết bị điện như thiết bị y tế, yêu cầu bắt buộc phải sử dụng nguồn điện cách ly.

Tuy nguồn điện không cách ly mang lại hiệu quả cao hơn nhưng lại khiến giảm độ an toàn của bộ nguồn. Vì vậy mà nguồn điện không cách ly sẽ được tìm thấy trong các ứng dụng ít quan trọng hơn như chiếu sáng và các cảm biến khác nhau.

3.2.Tuyến tính và chế độ chuyển mạch

Trong hệ thống nguồn điện tuyến tính, dòng điện xoay chiều (AC) được chuyển đổi thành dòng điện một chiều (DC) bằng cách chỉnh lưu, sau đó làm mịn và cung cấp cho tải DC. Quá trình này tạo ra dòng điện sạch và ổn định, thích hợp cho những ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao. Tuy nhiên, nhược điểm của nguồn tuyến tính là hiệu suất thấp và nhiệt lượng tỏa ra cao khi phải cung cấp điện cho các thiết bị có tải lớn.

Ngược lại, nguồn điện ở chế độ chuyển mạch (SMPS) sử dụng công nghệ tạo xung điện áp tần số cao với điều chế độ rộng xung (PWM). Điều này giúp SMPS hiệu quả hơn trong việc truyền tải năng lượng, đặc biệt là khi cần chuyển đổi điện áp lớn. Tuy nhiên, nhược điểm của SMPS là có thể tạo ra tiếng ồn do quá trình chuyển đổi tần số cao, điều này cần được kiểm soát nếu ứng dụng yêu cầu môi trường yên tĩnh.

3.3.Buck và Boost

Điện áp đầu ra của một mạch chuyển đổi điện năng phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của thiết bị. Nếu cần giảm điện áp từ nguồn AC để cấp cho các linh kiện sử dụng điện áp thấp, bạn sẽ cần một bộ chuyển đổi AC-DC loại “Buck.” Ngược lại, nếu cần tăng điện áp đầu vào để đạt được điện áp đầu ra cao hơn, một bộ chuyển đổi loại “Boost” sẽ là lựa chọn phù hợp. Các bộ chuyển đổi này đảm bảo cung cấp nguồn điện chính xác và ổn định cho các ứng dụng khác nhau, từ thiết bị điện tử nhỏ đến hệ thống công nghiệp lớn.

Nguồn AC DC

4.Những điều cần biết về mạch nguồn AC-DC

4.1. Tiếng ồn với nguồn chuyển mạch

Nguồn điện ở chế độ chuyển mạch thường phát ra tiếng ồn do tần số chuyển đổi cao. Điều này có thể ảnh hưởng đến môi trường làm việc hoặc các thiết bị nhạy cảm khác. Để giảm thiểu tiếng ồn, việc sử dụng các bộ lọc khử nhiễu tần số cao là cần thiết. Những bộ lọc này giúp giảm bớt tiếng ồn và đảm bảo hoạt động êm ái cho các thiết bị sử dụng nguồn chuyển mạch.

4.2. Sốc điện

Sốc điện hoặc đột biến điện áp từ nguồn AC có thể gây hại cho bộ nguồn AC-DC và thiết bị được cấp điện. Để bảo vệ bộ nguồn, bạn cần sử dụng các linh kiện như biến thể oxit kim loại (MOV) và ống phóng điện (GDT). Những linh kiện này giúp hấp thụ và triệt tiêu đột biến điện áp, bảo vệ hệ thống khỏi các sự cố không mong muốn.

4.3. Quá dòng

Nguồn điện AC-DC được thiết kế để hoạt động trong một giới hạn dòng điện nhất định, với các chức năng bảo vệ như ngắn mạch, quá dòng, quá áp, và quá nhiệt độ. Tuy nhiên, đôi khi tải điện có thể yêu cầu dòng điện vượt quá giới hạn cho phép, dẫn đến nguy cơ quá tải. Trong trường hợp này, bộ nguồn cần tự động giảm điện áp xuống 0 hoặc kích hoạt chế độ bảo vệ để ngăn ngừa hư hỏng. Việc chọn mua bộ nguồn AC-DC chất lượng cao và đáng tin cậy là yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn và độ bền cho thiết bị.

Những điều cần biết về nguồn AC DC

Như vậy, qua bài viết này, chúng ta đã hiểu rõ hơn về vai trò và tầm quan trọng của các bộ chuyển đổi nguồn AC-DC trong cuộc sống hàng ngày. Không chỉ giải thích tại sao dòng điện xoay chiều (AC) được sử dụng trong mạng lưới điện tổng, mà bài viết còn làm sáng tỏ cách mà dòng điện một chiều (DC) được cung cấp cho các thiết bị điện thông qua các mạch nguồn AC-DC. Hiệp Lực hy vọng rằng thông tin này sẽ giúp bạn có cái nhìn sâu sắc hơn về công nghệ điện năng, từ đó biết cách lựa chọn và sử dụng bộ chuyển đổi nguồn phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể, đảm bảo hiệu suất và độ bền cho thiết bị của bạn.

>>> Xem thêm:

• LRS 75 12
• LRS 75 24