Nguồn tuyến tính khác gì so với nguồn chuyển mạch

Câu trả lời là có hai loại bộ nguồn phổ biến là nguồn tuyến tính và nguồn chuyển mạch.

Thế là là nguồn tuyến tính ? Nguồn chuyển mạch

Nguồn tuyến tính và nguồn chuyển mạch đều là thiết bị điện dùng để cấp nguồn và sạc các thiết bị điện tử DC. Chúng có hai chức năng chính: hạ điện áp và chuyển đổi AC sang DC. Dù cả hai đều thực hiện việc hạ thấp và chỉnh lưu điện năng, nhưng cách thức thực hiện của chúng lại khác nhau. Điều này dẫn đến mỗi loại nguồn sẽ phù hợp hơn với những ứng dụng cụ thể riêng biệt.

Nguồn tuyến tính được dùng trong với độ ồn thấp và độ chính xác cao. Với việc sử dụng biến áp nặng và bộ lọc analog, nguồn tuyến tính tạo ra điện áp sạch với chi phí thấp, tuy nhiên, kích thước và trọng lượng của nó lớn hơn. Loại nguồn này phù hợp nhất cho 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.

Còn bộ nguồn chuyển mạch (SMPS) được ứng dụng yêu cầu hiệu suất cao và dòng điện lớn. Không như nguồn tuyến tính, SMPS điều chỉnh điện áp bằng các thành phần bán dẫn, sử dụng bóng bán dẫn điện để chuyển đổi tần số cao. Điều này giúp SMPS tiết kiệm điện năng, nhẹ và nhỏ gọn, mặc dù chúng có thể gây ra tiếng ồn. SMPS thường được sử dụng trong máy tính, bộ sạc điện thoại, thiết bị sản xuất và nhiều thiết bị điện tử yêu cầu điện áp thấp.

Nguồn tuyến tính hoạt động như thế nào

Dựa trên các thành phần analog phổ biến từ những năm 50, sử dụng biến áp lớn và tụ điện để hạ và chỉnh lưu điện áp. Mặc dù bóng bán dẫn đã được sử dụng rộng rãi, nhưng điện áp xoay chiều cao gây ra quá nhiều nhiệt để bóng bán dẫn có thể xử lý. Do đó, các nguồn tuyến tính dựa vào các linh kiện công suất lớn để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy trong việc cung cấp điện áp sạch.

Sơ đồ 1 nguồn tuyến tính:

Bước 1: Sử dụng biến áp để hạ điện áp xoay chiều cao xuống mức thấp hơn.

Bước 2: Điện áp hạ thấp sau đó đi qua bộ chỉnh lưu để chuyển đổi điện áp xoay chiều thành xung điện áp một chiều.

Bước 3: Xung điện áp DC đi qua bộ lọc gồm cuộn cảm và tụ điện để loại bỏ các dao động, tạo ra điện áp một chiều ổn định và phù hợp cho các thiết bị điện tử tinh vi.

Tham khảo sản phẩm: Nguồn DC tuyến tính GW INSTEK GPR-30H10D (300V, 1A, 300W)

Cách hoạt động của nguồn chuyển mạch

Nguồn chuyển mạch (SMPS) là các thiết bị phức tạp sử dụng các thành phần bán dẫn để thực hiện chuyển đổi nguồn tần số cao thông qua một biến áp lõi ferit nhỏ gọn. Các loại nguồn này có khả năng nâng cao và hạ thấp điện áp bằng cách sử dụng vòng lặp phản hồi DC để điều khiển điện áp đầu ra.

Bước 1: Dòng AC cao áp đi vào nguồn điện qua mô-đun bảo vệ mạch bao gồm cầu chì và bộ lọc EMC. Cầu chì bảo vệ mạch khỏi quá áp, còn bộ lọc EMC ngăn chặn các sóng nhiễu từ nguồn AC chưa được lọc.

Bước 2: Sau khi mạch được bảo vệ, điện áp xoay chiều cao được chuyển qua mô-đun thứ hai gồm bộ chỉnh lưu cầu và cuộn cảm làm mịn. Bộ chỉnh lưu cầu chuyển đổi AC thành DC, sau đó tín hiệu DC này được xử lý qua tụ điện để làm mịn.

Bước 3: DC điện áp cao tiếp theo được gửi qua driver PWM, driver này nhận phản hồi và điều khiển MOSFET nguồn để điều chỉnh điện áp thông qua chuyển đổi tần số cao, tạo ra sóng vuông DC.

Bước 4: Sóng vuông DC được chuyển qua biến áp lõi ferit để biến đổi tín hiệu thành sóng vuông AC.

Bước 5: Các sóng vuông AC đi qua bộ chỉnh lưu cầu để chuyển đổi thành xung DC, sau đó qua bộ lọc để làm mịn. Đầu ra cuối cùng được gửi lại driver PWM tạo vòng phản hồi để điều chỉnh điện áp đầu ra ổn định.

Tham khảo sản phẩm tại: Nguồn DC chuyển mạch GW INSTEK SPS-606 (60V, 6A, 1CH)

Sự khác nhau giữa nguồn tuyến tính và nguồn chuyển mạch

Có nhiều lý do khác nhau để chọn một nguồn năng lượng cụ thể cho các ứng dụng. Những yếu tố này thường bao gồm hiệu suất, tiếng ồn, độ tin cậy, khả năng bảo trì, kích thước, trọng lượng và chi phí. Giờ đây, bạn đã có cái nhìn tổng quát về cách hoạt động của các loại nguồn này. Dưới đây là cách chúng xử lý năng lượng, ảnh hưởng đến hiệu suất và khả năng sử dụng trong những ứng dụng nhất định.

Hiệu quả

Quá trình chỉnh lưu và điều chỉnh điện áp luôn gặp một số mức độ kém hiệu quả do dòng điện phải đi qua một loạt các linh kiện điện và điện tử. Nhưng hiệu quả cụ thể ra sao?

Tùy thuộc vào đánh giá của chúng, nguồn chuyển mạch có thể đạt hiệu suất từ ​​80 – 92%. Điều này có nghĩa là thiết bị của bạn có thể tạo ra 80 – 92% năng lượng từ năng lượng đầu vào. Hiệu quả này đạt được nhờ việc sử dụng các thành phần nhỏ nhưng hiệu quả để điều chỉnh điện áp thông qua chuyển mạch điện áp thấp tần số cao.

Ngược lại, nguồn tuyến tính chỉ có thể chuyển đổi 50 – 60% năng lượng, do sử dụng các thành phần lớn hơn và kém hiệu quả hơn.

Nhiễu tín hiệu

Mặc dù hiệu suất không cao, nhưng nguồn tuyến tính bù đắp điểm yếu này bằng cách cung cấp đầu ra tín hiệu ổn định, sạch, ít nhiễu. Việc sử dụng nguồn tuyến tính cho các thành phần analog cho phép xử lý điện năng một cách mượt mà và không có chuyển mạch, dẫn đến đầu ra ít bị nhiễu.

Trái lại, nguồn chuyển mạch dựa vào việc chuyển đổi tần số cao của điện áp thấp để giảm nhiệt và tăng hiệu suất, nhưng tạo ra nhiều nhiễu hơn. Mức độ nhiễu tín hiệu phụ thuộc vào thiết kế và chất lượng của nguồn cung cấp điện chuyển mạch.

Kích thước và Trọng lượng

Kích thước và trọng lượng của nguồn điện có thể ảnh hưởng lớn đến khả năng ứng dụng của nó trong các thiết bị điện tử nhỏ. Nguồn tuyến tính, với các thành phần nặng và cồng kềnh, không thể phù hợp với các thiết bị điện tử có không gian hạn chế, trừ khi được sử dụng làm bộ sạc bên ngoài.

Trong khi đó, nguồn chuyển mạch sử dụng các thành phần nhỏ và nhẹ, cho phép thiết kế nhỏ gọn đủ để tích hợp vào các thiết bị vốn đã nhỏ. Trọng lượng nhẹ và kích thước nhỏ của nguồn chuyển mạch, cùng với hiệu quả năng lượng cao, làm cho chúng phù hợp với hầu hết các thiết bị điện tử cầm tay.

Khả năng sửa chữa

Nguồn tuyến tính có ít bộ phận có khả năng hỏng hóc hơn trong quá trình hoạt động, cung cấp đầu ra ổn định và đáng tin cậy. Thiết kế đơn giản và việc sử dụng các linh kiện điện tử phổ biến giúp dễ dàng tìm kiếm phụ tùng và sửa chữa.

Ngược lại, nguồn chuyển mạch có nhiều thành phần tinh vi hơn, khiến chúng có nhiều khả năng bị hỏng hóc hơn so với nguồn tuyến tính. Tuy nhiên, thiết kế tốt và sử dụng các thành phần chất lượng có thể làm cho nguồn chuyển mạch rất đáng tin cậy, thậm chí có thể sánh ngang với nguồn tuyến tính. Vấn đề chính của nguồn chuyển mạch là khó sửa chữa hơn do thiết kế phức tạp của chúng.

Kết luận

Trên đây là tất cả những thông tin về nguồn tuyến tính và nguồn chuyển mạch. Để đảm bảo các thiết bị điện tử luôn được sử dụng tốt, hãy sử dụng bộ sạc gốc đi kèm với thiết bị. Nếu không có, bạn có thể mua bộ sạc bên ngoài phù hợp.

Trước khi mua, nhớ rằng nguồn điện tuyến tính phù hợp cho các thiết bị yêu cầu độ chính xác cao như nhạc cụ điện, radio và dụng cụ y tế. Trong khi đó, nguồn chuyển mạch được sử dụng cho các ứng dụng yêu cầu hiệu quả cao như nguồn điện máy tính, bộ sạc và hệ thống chiếu sáng.