Bộ nguồn tuyến tính điều chỉnh - Linear Power Supply

Khác với bộ nguồn chuyển mạch (switching), bộ nguồn tuyến tính (linear) là thiết bị có độ ổn định rất tốt khi hoạt động, nhiễu đầu ra cực thấp. Vậy điều gì khiến bộ nguồn tuyến tính có được độ ổn định, cấu tạo của nó như thế nào và so với nguồn switching thì nó có những ưu điểm và nhược điểm gì?

Để hiểu rõ nhất về bộ nguồn tuyến tính điều chỉnh mời bạn tham khảo ngay trong phần sau đây của bài viết

Giới thiệu cơ bản về nguồn điều chỉnh tuyến tính

Đúng với tên gọi của chúng, các bộ nguồn này hoạt động dựa trên kỹ thuật tuyến tính (không sử dụng các công tắc chuyển đổi để điều chỉnh điện áp đầu ra). Thuật ngữ cung cấp điện tuyến tính thường được dùng để ngụ ý rằng nguồn điện này sẽ cung cấp dòng điện với độ ổn định tốt nhất có thể ở đầu ra

Nguồn tuyến tính hoạt động dựa trên hiện tiện cảm ứng điện ở cuộn dây của biến áp để hạ điện áp đầu vào từ 220VAC dân dụng thành dòng điện có điện áp nhỏ hơn để đảm bảo mức điện áp cần thiết ở đầu ra. Trong một số trường hợp, hiện tượng cảm ứng điện có thể xảy ra trực tiếp ở đầu ra hoặc trực tiếp tại tải

Các bộ nguồn tuyến tính điều chỉnh đến từ các thương hiệu khác nhau thường có cấu tạo khác nhau, tuy nhiên về cơ bản chúng vẫn bao gồm các khối chung cơ bản nhất. Các khối bổ sung thường là các khối chức năng phụ bổ sung để tạo nên đặc trưng của thiết bị. Vậy các khôi cơ bản nhất bao gồm những khối nào?

Tham khảo danh sách sản phẩm bộ nguồn điều chỉnh tuyến tính

Cấu tạo của một bộ nguồn tuyến tính

1. Biến áp ở đầu vào

Hầu hết các bộ cấp nguồn đều nhận điện đầu vào từ mạng điện dân dụng là 220VAC hoặc 110VAC, do đó cần có một biến áp đặt ở đầu vào để điều chỉnh áp lớn và thành các mức áp nhỏ hơn để phù hợp với các thiết bị ở đầu ra (đôi khi biến áp củng đóng vai trò giúp tăng điện áp). Ngoài tác dụng điều chỉnh tăng hoặc giảm điện áp, biến áp còn đóng vai trò là bộ cách ly để giữ an toàn cho các bộ phận bên trong máy khỏi nguồn điện xoay chiều

Biến áp là một bộ phận có kích thước tương đối lớn, khả năng biến đổi lại phụ thuộc vào số vòng dây nên bộ nguồn tuyến tính có công suất càng lớn số vòng dây càng nhiều sẽ dẫn đến kích thước và trọng lượng của bộ nguồn lớn theo, nên giá thành và chi phí vận chuyển cao

Đối với các radio cổ điện hoặc các thiết bị điện tử cổ khác, các cuộn dây thứ cấp là phổ biến. Thông thường cuộn dây thứ cấp chính được đặt giữa cho các phép chỉnh lưu sóng đầy đủ với van diode kép hoặc bộ chỉnh lưu ống, cuộn dây thứ cấp tiếp theo được yêu cầu cho bộ làm nóng van hoặc ống, thường là 5V cho bộ chỉnh lưu và 6.3V cho van/ống

2. Bộ chỉnh lưu

Sau khi ra khỏi máy biến áp, điện áp đã được nén lại ở mức thấp hơn nhưng về mặt bản chất nó vẫn là điện xoay chiều. Để biến đổi nó thành điện một chiều bạn cần đưa dòng điện này qua một bộ phận gọi là bộ chỉnh lưu

Nghe bộ chính lưu thì có vẻ hơi rườm rà tuy nhiên trong các bộ nguồn tuyến tính đơn giản, bộ chỉnh lưu có thể chỉ là một diode duy nhất, cung cấp khả năng chỉnh lưu nửa sóng . Tuy nhiên, chỉnh lưu nửa sóng đơn giản này thường không thể làm mượt tín hiệu đầu ra một cách tốt nhất do đó trong các trường hợp cần độ ổn định cao hơn người ta thường sử dụng bộ chỉnh lưu toàn sóng

Mở rộng một chút về phần chỉnh lưu nửa sóng, một là bạn có thể sử dụng máy biến áp trung tâm và hai đi-ốt hoặc cách khác là bạn có thể sử dụng một cuộn dây duy nhất trên máy biến áp để cung cấp điện và cho đi qua bộ chỉnh lưu cầu với 4 đi-ốt. Vì đi-ốt rất rẻ, và chi phí của biến áp thường lớn hơn nhiều, do đó các nhà sản xuất thường sử dụng các tiếp cận đơn giản hơn là sử dụng bộ chỉnh lưu cầu để giảm giá thành sản xuất

3. Bộ lọc nguồn

Sau khi trải qua hai bước là nén điện áp (máy biến áp) và chuyển đổi dòng điện AC thành DC (mạch chỉnh lưu) tín hiệu dần được hoàn thiện nhưng vẫn còn các gợn điện áp khác nhau. Để làm phẳng tín hiệu này ta tiếp tục đưa nó qua bộ lọc thường là một tụ hóa

Nguyên lý hoạt động củng khá đơn giản, khi các sóng tín hiệu đến từ bộ chỉnh lưu tăng lên cực đại tụ điện sẽ hấp thụ năng lượng để tích lũy điện áp cho mình, khi điện áp từ chỉnh lưu bắt đầu bị sụt dần cho đến giá trị thấp hơn giá trị của tụ, tụ bắt đầu cung cấp điện tích giúp nâng điện áp lên, cho đến khi tín hiệu ra từ bộ chỉnh lưu ổn định trở lại

Tuy nhiên, việc làm mịn này sẽ không đảm bảo tín hiệu hoàn toàn hoàn hảo sẽ luôn có một ít gợn còn sót lại nhưng nó đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các biến đổi quá lớn của tín hiệu điện áp

4. Bộ điều chỉnh điện áp

Hầu hết các bộ nguồn tuyến tính cơ bản được sử dụng rộng rãi ngày nay thường cung cấp một ngõ ra điện áp và dòng điện cố định. Bên cạnh đó, các bộ nguồn tuyến tính điều chỉnh được củng đang dần khẳng định được vị thế của mình chỉ với một bước đơn giản là thêm một bộ điều chỉnh tuyến tính vào vào đầu ra của thiết bị. Với bộ điều chỉnh này bạn có thể dễ dàng chỉnh đầu ra điện áp và dòng điện sao cho phù hợp với nhu cầu của mình

Điều này có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong các công việc nghiên cứu hoặc sửa chữa điện. Bạn phải cấp nguồn để hoạt động cho hàng tá loại linh kiện, củng như thiết bị khác nhau không thể nào cứ với mỗi loại thiết bị lại phải mua một bộ nguồn cố định để sử dụng được. Nguồn DC điều chỉnh là thiết bị đa năng giúp bạn thực hiện công việc này một cách dễ dàng và đơn giản nhất

Hai dạng điều chỉnh chính của bộ nguồn tuyền tính

• Bộ điều chỉnh Shunt: ít phổ biến
• Bộ điều chỉnh điện áp: là dạng được sử dụng rộng rãi nhất đối với các bộ nguồn tuyến tính, đúng với tên gọi của nó một loại các phần tử và điện trở được đặt trong mạch thông qua thiết bị điều khiển để đảm bảo đầu ra điện áp và dòng điện chính xác

Cả hai loại điều chỉnh này đều được sử dụng để thiết kế đầu ra có thể điều chỉnh cho bộ nguồn điều chỉnh tuyến tính, mặc dù bộ điều chỉnh điện áp được sử dụng rộng rãi hơn nhưng bộ điều chỉnh Shunt củng được sử dụng trong một số trường hợp cụ thể

Ứng dụng của bộ nguồn điều chỉnh linear

Với sự nổi bật lớn nhất về độ ổn định khi hoạt động các bộ nguồn tuyến tính này luôn là sự ưu tiên hàng đầu trong các ứng dụng âm thanh và hình ảnh, như các bộ khuếch đại hi-fi và analog để tín hiệu đầu ra được đảm bảo trọn vẹn và ít sai sót nhất

Ưu điểm/Nhược điểm của các bộ nguồn điều chỉnh tuyến tính

Việc sử dụng bất kỳ công nghệ nào củng có những ưu điểm và nhược điểm của nó, bộ cấp nguồn tuyến tính của vậy tuy nó mang lại những ưu điểm tích cực những nó củng có một số hạn chế mà bạn nên biết

Ưu điểm	Nhược điểm
Công nghệ đã được khẳng định: nguồn tuyến tính đã được sử dụng phổ biến rộng rãi trong nhiều năm với công nghệ đã được khẳng định và tin dùng   Tiếng ồn khi hoạt động thấp: không sử dụng bất cứ yếu tố chuyển mạch nào đồng nghĩa với việc tiếng ồn khi hoạt động được giữ ở mức tối thiểu    Độ ổn định tốt, độ gợn nhỏ, nhiễu ít	Nhiệt độ khi hoạt động hoạt động của bộ nguồn tuyến tính thường khá cao đòi hỏi phải có thêm các bộ phận tản nhiệt như quạt hoặc hệ thống tản nhiệt lỏng ở các thiết bị hiện đại   Việc sử dụng một bộ biến áp (cuộn dây) bên trong thiết bị đồng nghĩa với việc nó sẽ có kích thước lớn và nặng hơn nhiều so với các bộ nguồn DC chuyển mạch