Nguyên lý làm việc của việc chuyển đổi nguồn điện

Ưu điểm chính của chuyển đổi nguồn điện so với tuyến tính (không chuyển mạch) là việc chuyển đổi năng lượng có thể được thực hiện với hiệu suất cao và ở dạng hệ số nhỏ. Điều này là do công suất tiêu tán trong bóng bán dẫn chuyển mạch là tối thiểu. Ngược lại, điều này cho phép đầu ra dòng điện cao hơn ở điện áp thấp hơn so với bộ điều chỉnh tuyến tính.

Ngoài hiệu suất năng lượng cao hơn, các bộ nguồn chuyển mạch còn có khả năng chống lại các biến đổi đầu vào cao hơn so với các bộ nguồn tuyến tính của chúng. Điều này là do chúng có khả năng tăng hoặc giảm điện áp đầu ra để điều chỉnh dòng điện đầu ra nhằm đáp ứng yêu cầu tải.

Những vật tư này được sử dụng cho các thiết bị gia dụng, chẳng hạn như máy tính và tivi, nhưng chúng cũng có thể được tìm thấy trong môi trường công nghiệp. Trong môi trường công nghiệp, chúng được sử dụng để phân phối điện số lượng lớn ở điện áp DC thấp và các thiết bị riêng lẻ có thể có bộ chuyển đổi chế độ chuyển đổi để chuyển đổi giữa các điện áp khác nhau.

Quá trình chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều bắt đầu bằng tín hiệu đầu vào AC, được chỉnh lưu và lọc. Điều này được đưa tới bộ phận chuyển mạch trung tâm của nguồn điện, từ đó cung cấp đầu ra cho mạch điều khiển. Mạch điều khiển sau đó sẽ cung cấp điện áp mong muốn cho đầu ra.

Điện áp này sau đó được điều chỉnh bởi phần tử chuyển mạch, sử dụng điều chế độ rộng xung (PWM). Quá trình tạo ra một số nhiễu tần số cao nhưng nó cho phép chuyển đổi nguồn điện có hiệu suất cao và kích thước nhỏ.

Một lợi ích quan trọng khác của việc chuyển đổi nguồn điện là chúng có thể được thiết kế để tuân thủ các quy định về sóng hài. Điều này là do họ có thể sử dụng một mạch bổ sung để lọc những sóng hài không mong muốn này.

Một ví dụ phổ biến là bộ chuyển đổi Buck-Boost. Nó là một loại bộ chuyển đổi không cách ly đơn giản, sử dụng một cuộn cảm và một công tắc hoạt động.

Nó có thể được tăng hoặc giảm để tạo ra điện áp đầu ra cần thiết bằng cách thay đổi chu kỳ làm việc của các bóng bán dẫn chuyển mạch. Loại bộ chuyển đổi này có thể được tích hợp dễ dàng hơn máy biến áp vì chỉ cần một cuộn cảm và nó có thể giảm điện áp xuống mức hiệu suất cao hơn nhiều so với máy biến áp.

Những bộ chuyển đổi này có thể được tối ưu hóa hơn nữa để tăng hiệu suất của chúng bằng cách giảm điện trở bật của các bóng bán dẫn chuyển mạch và sử dụng mạch hiệu chỉnh hệ số công suất hoạt động. Các bộ nguồn chuyển mạch tiên tiến nhất có thể có mức hiệu suất lên tới 96%.

Ngoài ra, bộ nguồn chuyển mạch có thể được thiết kế để xử lý sự thay đổi nhiệt độ tốt hơn so với các bộ nguồn tuyến tính của chúng. Điều này là do hiệu ứng bề mặt (lượng điện trở gây ra bởi sự thay đổi diện tích bề mặt của dây dẫn) có thể bị bỏ qua ở tần số thấp, nhưng có thể gây tổn thất năng lượng lớn ở tần số cao.

Điều này có nghĩa là bộ nguồn có thiết kế tốt sẽ có khả năng điều chỉnh điện áp mà không gây ra biến dạng đáng kể ở bất kỳ tải nào. Chúng cũng sẽ có các mạch an toàn để đảm bảo điện áp đầu ra không bị ảnh hưởng bởi điều kiện quá tải hoặc các yếu tố môi trường khác.