Những kiến thức cơ bản về bộ chuyển đổi nguồn AC/DC cần biết
1. Bộ chuyển đổi AC/DC là gì?
2. Tại sao bạn cần Bộ chuyển đổi AC/DC?
3. Tại sao điện áp xoay chiều được truyền đi?
4. Chỉnh lưu toàn sóng và chỉnh lưu nửa sóng (chuyển đổi AC/DC)
5. Phương thức chuyển đổi AC/DC
6. Hướng dẫn chọn bộ chuyển đổi nguồn điện AC / DC
1. Bộ chuyển đổi AC/DC là gì?
Bộ chuyển đổi AC /DC là một phần tử chuyển đổi AC (điện áp xoay chiều) thành DC (điện áp dòng điện một chiều).
2. Tại sao bạn cần Bộ chuyển đổi AC/DC?
Hầu hết các thiết bị điện hiện nay đều sử dụng cả hai nguồn điện này.
Ví dụ: ô tô sử dụng điện một chiều 12V để hoạt động. Trong khi đó, điện lưới được cung cấp cho gia đình và cơ sở kinh doanh là nguồn điện xoay chiều. Do đó, bạn sẽ cần chuyển đổi AC sang DC và từ đó bộ chuyển đổi AC/DC ra đời. Nghĩa là, thiết bị sẽ không hoạt động trừ khi điện áp xoay chiều được chuyển đổi thành điện áp một chiều.
Cũng có những hàng hóa có thể hoạt động bằng điện áp xoay chiều, chẳng hạn như động cơ và bóng đèn, nhưng do động cơ được kết nối với mạch điều khiển của vi điều khiển và bóng đèn cũng trở thành đèn LED tiết kiệm năng lượng nên cần phải chuyển đổi AC/DC.
3. Tại sao điện áp xoay chiều được truyền đi?
Điện xoay chiều là điện tiêu chuẩn, cung cấp từ lưới điện cho các hộ gia đình và cơ sở kinh doanh. Nó được gọi là AC bởi dạng sóng mà các electron nhận có thể chuyển hướng, đảo chiều và không cố định. Nhờ di chuyển theo sóng mà dòng xoay chiều có khả năng truyền đi xa hơn nhiều so với nguồn điện một chiều.Nói tóm lại, có thể giảm tổn thất truyền tải (tổn thất năng lượng) bằng cách chuyển nguồn AC có điện áp cao và dòng điện thấp.
Tuy nhiên, vì điện áp cao không thể được sử dụng trực tiếp trong nhà ở nên nó phải được chuyển đổi (giảm dần) theo từng bước qua nhiều trạm biến áp trước khi được chuyển đổi thành 100V hoặc 200V rồi mới được đưa vào sử dụng. Vì AC được sử dụng trong các chuyển đổi này nên điện áp AC được truyền đi.
Điện xoay chiều là điện tiêu chuẩn, cung cấp từ lưới điện cho các hộ gia đình và cơ sở kinh doanh. Nó được gọi là AC bởi dạng sóng mà các electron nhận có thể chuyển hướng, đảo chiều và không cố định. Nhờ di chuyển theo sóng mà dòng xoay chiều có khả năng truyền đi xa hơn nhiều so với nguồn điện một chiều.Nói tóm lại, có thể giảm tổn thất truyền tải (tổn thất năng lượng) bằng cách chuyển nguồn AC có điện áp cao và dòng điện thấp.
Tuy nhiên, vì điện áp cao không thể được sử dụng trực tiếp trong nhà ở nên nó phải được chuyển đổi (giảm dần) theo từng bước qua nhiều trạm biến áp trước khi được chuyển đổi thành 100V hoặc 200V rồi mới được đưa vào sử dụng. Vì AC được sử dụng trong các chuyển đổi này nên điện áp AC được truyền đi.
4. Chỉnh lưu toàn sóng và chỉnh lưu nửa sóng (chuyển đổi AC/DC)
Khi chuyển đổi AC (điện áp xoay chiều) sang DC, có hai phương pháp: chỉnh lưu toàn sóng và chỉnh lưu nửa sóng (điện áp một chiều). Đặc tính dòng điện thuận của diode được sử dụng để chỉnh lưu trong cả hai trường hợp.
Khi chuyển đổi AC (điện áp xoay chiều) sang DC, có hai phương pháp: chỉnh lưu toàn sóng và chỉnh lưu nửa sóng (điện áp một chiều). Đặc tính dòng điện thuận của diode được sử dụng để chỉnh lưu trong cả hai trường hợp.
Chỉnh lưu toàn sóng là quá trình chuyển đổi thành phần điện áp âm của điện áp đầu vào thành điện áp dương và sau đó chỉnh lưu thành điện áp DC bằng cách sử dụng cấu trúc mạch cầu đi-ốt (điện áp xung). Một diode được sử dụng trong chỉnh lưu nửa sóng để loại bỏ thành phần điện áp âm ở đầu vào và chỉnh lưu nó thành điện áp DC (điện áp xung).
Dạng sóng này sau đó được làm phẳng bởi hoạt động nạp và xả của tụ điện trước khi được biến đổi thành điện áp DC thuần túy.
Do đó, chỉnh lưu toàn sóng, không sử dụng các thành phần điện áp âm đầu vào, là phương pháp chỉnh lưu hiệu quả hơn so với chỉnh lưu nửa sóng.
Ngoài ra, điện áp gợn được làm mịn thay đổi theo công suất tụ điện và tải (LOAD).
Trong cùng điều kiện tải và dung lượng tụ điện, điện áp gợn của chỉnh lưu toàn sóng thấp hơn so với chỉnh lưu nửa sóng. Độ ổn định càng cao và hiệu suất càng tốt thì điện áp gợn càng thấp.
Dạng sóng này sau đó được làm phẳng bởi hoạt động nạp và xả của tụ điện trước khi được biến đổi thành điện áp DC thuần túy.
Do đó, chỉnh lưu toàn sóng, không sử dụng các thành phần điện áp âm đầu vào, là phương pháp chỉnh lưu hiệu quả hơn so với chỉnh lưu nửa sóng.
Ngoài ra, điện áp gợn được làm mịn thay đổi theo công suất tụ điện và tải (LOAD).
Trong cùng điều kiện tải và dung lượng tụ điện, điện áp gợn của chỉnh lưu toàn sóng thấp hơn so với chỉnh lưu nửa sóng. Độ ổn định càng cao và hiệu suất càng tốt thì điện áp gợn càng thấp.
5. Phương thức chuyển đổi AC/DC
Chuyển đổi AC/DC có phương pháp biến áp và phương pháp chuyển mạch.
Phương pháp máy biến áp
Đây là cấu trúc mạch kiểu máy biến áp của bộ chuyển đổi AC/DC thông thường .
[Ví dụ về cấu hình mạch của phương pháp máy biến áp]
Chuyển đổi AC/DC có phương pháp biến áp và phương pháp chuyển mạch.
Phương pháp máy biến áp
Đây là cấu trúc mạch kiểu máy biến áp của bộ chuyển đổi AC/DC thông thường .
[Ví dụ về cấu hình mạch của phương pháp máy biến áp]
Dạng sóng điện áp thay đổi trong chế độ máy biến áp, như thể hiện trong sơ đồ bên dưới.
Cách tiếp cận máy biến áp trước tiên cần phải giảm điện áp xoay chiều xuống điện áp xoay chiều phù hợp thông qua máy biến áp (ví dụ: từ AC100V xuống AC10V, v.v.). Tỷ lệ cuộn dây của máy biến áp xác định giá trị bước xuống trong chuyển đổi AC/AC này.
Điện áp xoay chiều được chỉnh lưu toàn sóng giảm xuống bởi máy biến áp sau đó được biến thành điện áp xung bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt.
Cuối cùng, tụ điện làm giảm điện áp và tạo ra điện áp DC với ít gợn sóng, đây là phương pháp chuyển đổi AC/DC phổ biến nhất .
[Biến đổi dạng sóng của phương pháp máy biến áp]
Cách tiếp cận máy biến áp trước tiên cần phải giảm điện áp xoay chiều xuống điện áp xoay chiều phù hợp thông qua máy biến áp (ví dụ: từ AC100V xuống AC10V, v.v.). Tỷ lệ cuộn dây của máy biến áp xác định giá trị bước xuống trong chuyển đổi AC/AC này.
Điện áp xoay chiều được chỉnh lưu toàn sóng giảm xuống bởi máy biến áp sau đó được biến thành điện áp xung bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt.
Cuối cùng, tụ điện làm giảm điện áp và tạo ra điện áp DC với ít gợn sóng, đây là phương pháp chuyển đổi AC/DC phổ biến nhất .
[Biến đổi dạng sóng của phương pháp máy biến áp]
Chế độ chuyển mạch
Đây là cấu trúc mạch chế độ chuyển mạch của bộ chuyển đổi AC/DC thông thường .
[Ví dụ về cấu hình mạch của phương pháp chuyển mạch]
Đây là cấu trúc mạch chế độ chuyển mạch của bộ chuyển đổi AC/DC thông thường .
[Ví dụ về cấu hình mạch của phương pháp chuyển mạch]
Ở chế độ chuyển mạch, dạng sóng điện áp thay đổi như trong sơ đồ bên dưới.
Phương pháp máy biến áp liên quan đến việc sử dụng máy biến áp để thực hiện bước giảm AC/AC, trong khi phương pháp chuyển đổi liên quan đến việc chỉnh lưu trực tiếp điện áp AC bằng bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt. Bởi vì hầu hết nguồn điện dân dụng là AC100V hoặc AC200V, bộ chỉnh lưu cầu điốt phải có các yêu cầu có thể xử lý điện áp cao.
Sau đó, sử dụng một tụ điện để làm dịu điện áp DC (điện áp xung). Các tụ điện chịu điện áp cao cũng được yêu cầu cho các tụ điện.
Sau đó, điện áp DC được cắt (cắt) bằng cách BẬT/TẮT phần tử chuyển mạch, và điện áp được giảm xuống và chuyển sang phía thứ cấp bằng máy biến áp tần số cao. Dạng sóng cắt biến đổi thành sóng vuông tại thời điểm này.
So với tần số hộ gia đình (50/60Hz), các phần tử chuyển mạch sử dụng tần số cao hơn (ví dụ: 100kHz). Có thể thu nhỏ và giảm trọng lượng của máy biến áp do hoạt động ở tần số cao.
[Chuyển đổi dạng sóng của phương thức chuyển mạch]
Phương pháp máy biến áp liên quan đến việc sử dụng máy biến áp để thực hiện bước giảm AC/AC, trong khi phương pháp chuyển đổi liên quan đến việc chỉnh lưu trực tiếp điện áp AC bằng bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt. Bởi vì hầu hết nguồn điện dân dụng là AC100V hoặc AC200V, bộ chỉnh lưu cầu điốt phải có các yêu cầu có thể xử lý điện áp cao.
Sau đó, sử dụng một tụ điện để làm dịu điện áp DC (điện áp xung). Các tụ điện chịu điện áp cao cũng được yêu cầu cho các tụ điện.
Sau đó, điện áp DC được cắt (cắt) bằng cách BẬT/TẮT phần tử chuyển mạch, và điện áp được giảm xuống và chuyển sang phía thứ cấp bằng máy biến áp tần số cao. Dạng sóng cắt biến đổi thành sóng vuông tại thời điểm này.
So với tần số hộ gia đình (50/60Hz), các phần tử chuyển mạch sử dụng tần số cao hơn (ví dụ: 100kHz). Có thể thu nhỏ và giảm trọng lượng của máy biến áp do hoạt động ở tần số cao.
[Chuyển đổi dạng sóng của phương thức chuyển mạch]
Ở phía thứ cấp, một đi- ốt chỉnh lưu nửa sóng chỉnh lưu sóng vuông, sóng này sau đó được làm phẳng bằng một tụ điện và xuất ra dưới dạng điện áp một chiều.
Phương pháp chuyển mạch sử dụng mạch điều khiển để điều chỉnh phần tử chuyển mạch và tạo ra đầu ra DC có thể dự đoán được (ví dụ: DC12V).
Kỹ thuật chuyển mạch, trái ngược với phương pháp biến áp, được tạo thành từ các phần tử chuyển mạch và mạch điều khiển, và cấu trúc liên kết mạch phức tạp hơn. Tuy nhiên, vì một máy biến áp nhỏ có thể được sử dụng với điều khiển tần số cao nên nó góp phần thu nhỏ thiết bị, đây là một lợi ích đáng kể.
Phương pháp chuyển mạch sử dụng mạch điều khiển để điều chỉnh phần tử chuyển mạch và tạo ra đầu ra DC có thể dự đoán được (ví dụ: DC12V).
Kỹ thuật chuyển mạch, trái ngược với phương pháp biến áp, được tạo thành từ các phần tử chuyển mạch và mạch điều khiển, và cấu trúc liên kết mạch phức tạp hơn. Tuy nhiên, vì một máy biến áp nhỏ có thể được sử dụng với điều khiển tần số cao nên nó góp phần thu nhỏ thiết bị, đây là một lợi ích đáng kể.
Kiểm soát thông tin phản hồi
Kiểm soát phản hồi là gì?
Bộ chuyển đổi AC/DC chuyển mạch xác thực giá trị điện áp DC đầu ra thực tế và điều chỉnh phần tử chuyển mạch dựa trên thông tin này, đảm bảo rằng đầu ra DC dự định được thực hiện một cách đáng tin cậy. Phương pháp điều khiển phản hồi xác nhận giá trị điện áp đầu ra để điều khiển phần tử chuyển mạch (điều khiển FB).
Kiểm soát phản hồi là gì?
Bộ chuyển đổi AC/DC chuyển mạch xác thực giá trị điện áp DC đầu ra thực tế và điều chỉnh phần tử chuyển mạch dựa trên thông tin này, đảm bảo rằng đầu ra DC dự định được thực hiện một cách đáng tin cậy. Phương pháp điều khiển phản hồi xác nhận giá trị điện áp đầu ra để điều khiển phần tử chuyển mạch (điều khiển FB).
Ví dụ về cấu trúc mạch chuyển mạch
Sơ đồ điều khiển phản hồi
Bộ chuyển đổi AC/DC chuyển mạch chuyển đổi điện xoay chiều thành điện áp một chiều bằng cách chỉnh lưu nó bằng cầu đi-ốt và làm phẳng nó bằng tụ điện. Sau đó, điện áp DC được cắt (BẬT/TẮT) bằng một phần tử chuyển mạch, sau đó giảm xuống bằng một máy biến áp tần số cao và được gửi đến phía thứ cấp, trước khi được làm phẳng bằng một tụ điện để cung cấp một giá trị DC xác định (VDC).
Mạch điều khiển FB xác định xem giá trị điện áp đầu ra thực tế có bằng hoặc lớn hơn giá trị điện áp mục tiêu hay không.
Sơ đồ điều khiển phản hồi
Bộ chuyển đổi AC/DC chuyển mạch chuyển đổi điện xoay chiều thành điện áp một chiều bằng cách chỉnh lưu nó bằng cầu đi-ốt và làm phẳng nó bằng tụ điện. Sau đó, điện áp DC được cắt (BẬT/TẮT) bằng một phần tử chuyển mạch, sau đó giảm xuống bằng một máy biến áp tần số cao và được gửi đến phía thứ cấp, trước khi được làm phẳng bằng một tụ điện để cung cấp một giá trị DC xác định (VDC).
Mạch điều khiển FB xác định xem giá trị điện áp đầu ra thực tế có bằng hoặc lớn hơn giá trị điện áp mục tiêu hay không.
Sơ đồ điện áp đầu ra sau khi làm mịn
Phần tử chuyển mạch được điều chỉnh để làm cho thời gian BẬT lâu hơn khi giá trị điện áp đầu ra thực tế thấp hơn giá trị điện áp mục tiêu. Kết quả là, điện áp đầu ra sẽ tăng lên. Tuy nhiên, khi điện áp cao hơn giá trị điện áp mục tiêu, thời gian BẬT điều khiển sẽ giảm.
Do đó, mạch điều khiển phản hồi liên tục xác nhận giá trị điện áp đầu ra thực tế và điều chỉnh thời lượng BẬT/TẮT của phần tử chuyển mạch để đảm bảo sự ổn định của giá trị điện áp đầu ra mục tiêu.
Phần tử chuyển mạch được điều chỉnh để làm cho thời gian BẬT lâu hơn khi giá trị điện áp đầu ra thực tế thấp hơn giá trị điện áp mục tiêu. Kết quả là, điện áp đầu ra sẽ tăng lên. Tuy nhiên, khi điện áp cao hơn giá trị điện áp mục tiêu, thời gian BẬT điều khiển sẽ giảm.
Do đó, mạch điều khiển phản hồi liên tục xác nhận giá trị điện áp đầu ra thực tế và điều chỉnh thời lượng BẬT/TẮT của phần tử chuyển mạch để đảm bảo sự ổn định của giá trị điện áp đầu ra mục tiêu.
6. Hướng dẫn chọn bộ chuyển đổi nguồn điện AC / DC
Những điểm dưới đây cần được lưu ý khi lựa chọn nguồn điện cho tự động hóa công nghiệp, IoT và các thiết bị thông minh
Thông số điện áp đầu vào cho nguồn điện AC-DC
Hầu hết các nguồn điện xoay chiều trên thế giới mức điện áp hoạt động được tiêu chuẩn thành 85 ~ 264 Vac. Có các thông số kỹ thuật cho các quốc gia khác nhau, nhưng chúng tương tự nhau đủ để phạm vi thông số kỹ thuật duy nhất có thể đáp ứng nhu cầu của hầu hết các ứng dụng. Tại Việt Nam, điện áp xoay chiều đầu vào là 220VAC.
Thông số kỹ thuật điện áp đầu ra DC
Trong khi điện áp đầu vào được tiêu chuẩn hóa, thì điện áp đầu ra phổ biến ở các mức 5, 12, 24 hoặc 48 Vdc. Có nhiều nguồn điện DC điện áp đầu ra khác với các điện áp này. Nếu điện áp đầu ra tiêu chuẩn không phù hợp với hệ thống, có thể có các phương án khác như: tìm nguồn cung cấp điện áp đầu ra theo yêu cầu, tìm hiểu xem sản phẩm có được thiết kế để tùy chỉnh điện áp đầu ra hay không hoặc sử dụng bộ chuyển nguồn DC-DC.
Công suất đầu ra hoặc tải điện
Công suất đầu ra yêu cầu (hoặc tải điện) là một yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi lựa chọn nguồn điện xoay chiều. Nguồn điện có mức công suất cao hơn yêu cầu của tải có thể hoạt động, tuy nhiên tùy vào thiết bị có thể hư hỏng hoặc nguồn điện sẽ có giá cao hơn mức cần thiết. Nguồn điện có định mức công suất nhỏ hơn mức tải yêu cầu có thể bị tắt hoặc cung cấp điện áp đầu ra không chính xác do nhu cầu công suất cao nhất từ tải.
Kiểu thiết kế và kiểu lắp đặt
Các loại thiết kế nguồn AC-DC phổ biến bao gồm nguồn bo mạch không, nguồn khung chassis, nguồn tổ ong, nguồn gắn thanh rail. Việc lựa chọn kiểu thiết kế tùy vào nhu cầu lắp đặt và chống nhiễu khi sử dụng. Thông thường, cùng một loạt bộ nguồn sẽ có nhiều kiểu lắp. Phong cách lắp đặt thường được xác định bởi môi trường cơ học mà nguồn điện sẽ được sử dụng.
Những điểm dưới đây cần được lưu ý khi lựa chọn nguồn điện cho tự động hóa công nghiệp, IoT và các thiết bị thông minh
Thông số điện áp đầu vào cho nguồn điện AC-DC
Hầu hết các nguồn điện xoay chiều trên thế giới mức điện áp hoạt động được tiêu chuẩn thành 85 ~ 264 Vac. Có các thông số kỹ thuật cho các quốc gia khác nhau, nhưng chúng tương tự nhau đủ để phạm vi thông số kỹ thuật duy nhất có thể đáp ứng nhu cầu của hầu hết các ứng dụng. Tại Việt Nam, điện áp xoay chiều đầu vào là 220VAC.
Thông số kỹ thuật điện áp đầu ra DC
Trong khi điện áp đầu vào được tiêu chuẩn hóa, thì điện áp đầu ra phổ biến ở các mức 5, 12, 24 hoặc 48 Vdc. Có nhiều nguồn điện DC điện áp đầu ra khác với các điện áp này. Nếu điện áp đầu ra tiêu chuẩn không phù hợp với hệ thống, có thể có các phương án khác như: tìm nguồn cung cấp điện áp đầu ra theo yêu cầu, tìm hiểu xem sản phẩm có được thiết kế để tùy chỉnh điện áp đầu ra hay không hoặc sử dụng bộ chuyển nguồn DC-DC.
Công suất đầu ra hoặc tải điện
Công suất đầu ra yêu cầu (hoặc tải điện) là một yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi lựa chọn nguồn điện xoay chiều. Nguồn điện có mức công suất cao hơn yêu cầu của tải có thể hoạt động, tuy nhiên tùy vào thiết bị có thể hư hỏng hoặc nguồn điện sẽ có giá cao hơn mức cần thiết. Nguồn điện có định mức công suất nhỏ hơn mức tải yêu cầu có thể bị tắt hoặc cung cấp điện áp đầu ra không chính xác do nhu cầu công suất cao nhất từ tải.
Kiểu thiết kế và kiểu lắp đặt
Các loại thiết kế nguồn AC-DC phổ biến bao gồm nguồn bo mạch không, nguồn khung chassis, nguồn tổ ong, nguồn gắn thanh rail. Việc lựa chọn kiểu thiết kế tùy vào nhu cầu lắp đặt và chống nhiễu khi sử dụng. Thông thường, cùng một loạt bộ nguồn sẽ có nhiều kiểu lắp. Phong cách lắp đặt thường được xác định bởi môi trường cơ học mà nguồn điện sẽ được sử dụng.
