BỘ NGUỒN CUNG CẤP LAPTOP

Nguồn cung cấp là một thiết bị điện tử cung cấp điện năng cho một phụ tải điện. Các chức năng chính của một nguồn cung cấp là để chuyển đổi năng lượng điện thành dạng năng lượng khác, và kết quả là nguồn cung cấp năng lượng đôi khi được gọi là bộ chuyển đổi năng lượng điện.

MỤC LỤC

NỘI DUNG 2 TÀI LIỆU THAM KHẢO 13

NỘI DUNG

I Giới thiệu khái quát về bộ nguồn cung cấp

1 Khái niệm

Hình 1: Một nguồn cung cấp năng lượng đơn giản

Nguồn cung cấp là một thiết bị điện tử cung cấp điện năng cho một phụ tải điện Các chức năng chính của một nguồn cung cấp là để chuyển đổi năng lượng điện thành dạng năng lượng khác, và kết quả là nguồn cung cấp năng lượng đôi khi được gọi là bộ chuyển đổi năng lượng điện

Năng lượng bộ nguồn cung cấp phải đạt được năng lượng mà nó cung cấp cho các tải của nó, cũng như năng lượng nó tiêu thụ trong khi thực hiện nhiệm vụ đó Tùy thuộc vào thiết kế của nó, một nguồn cung cấp có thể thu được năng lượng từ nhiều loại nguồn năng lượng khác nhau, bao gồm cả hệ thống truyền tải năng lượng điện, các thiết bị lưu trữ năng lượng như bộ pin

và pin nhiên liệu, hệ thống điện cơ như máy phát điện và máy dao điện, bộ chuyển đổi năng lượng mặt trời, hoặc một nguồn cung cấp điện khác

Tất cả nguồn cung cấp có cổng điện vào, nó nhận được năng lượng từ các nguồn năng lượng, và cung cấp năng lượng đó cho các tải Phần nhiều các đầu vào và đầu ra năng lượng bao gồm các kết nối điện hoặc kết nối mạch kiểm soát bằng điện tử, mặc dù một số nguồn điện sử dụng năng lượng không dây thay vì các kết nối điện cho các đầu vào hoặc đầu ra Một số loại nguồn

điện có đầu vào và đầu ra tốt, cho các chức năng như giám sát và kiểm soát bên ngoài

2 Phân loại chung

Hình 2: Một khung điều chỉnh ổn định nguồn cung cấp

2.1 Chức năng

Nguồn cung cấp điện được phân loại theo nhiều cách khác nhau, bao gồm cả tính năng của chức năng Ví dụ: bộ nguồn được điều chỉnh để duy trì điện áp đầu ra hoặc dòng điện mặc dù có những thay đổi về dòng điện hoặc điện áp đầu vào trong tải Ngược lại, đầu ra của một nguồn cung cấp không được điều chỉnh năng lượng có thể thay đổi đáng kể khi điện áp đầu vào của

nó hoặc dòng điện trong tải thay đổi Bộ nguồn điều chỉnh cho phép điện áp đầu ra hoặc dòng điện được điều chỉnh bằng các điều khiển cơ học (ví dụ, các nút bấm trên bảng điều khiển phía trên tấm bảng), hoặc bằng phương tiện điều khiển đầu vào, hoặc cả hai Bộ nguồn điều chỉnh bao gồm cả điều chỉnh và ổn định Một nguồn cung cấp riêng biệt có năng lượng đầu ra không phụ thuộc năng lượng đầu vào của nó; điều này trái ngược với nguồn cung cấp khác sử dụng chung một kết nối giữa đầu vào và đầu ra của nguồn

2.2 Vỏ máy

Bộ nguồn cung cấp được đóng gói theo nhiều cách khác nhau và được phân loại phù hợp Bệ của bộ nguồn cung cấp là một bộ phận để bàn sử dụng độc lập trong các ứng dụng như kiểm tra mạch và phát triển Bộ nguồn khung

hở chỉ có một phần vỏ hộp máy cơ khí, đôi khi bao gồm chỉ có một bệ lắp ráp

Khung của nguồn cung cấp được thiết kế để cố định vào giá đỡ thiết bị điện

tử tiêu chuẩn

2.3 Phương pháp chuyển đổi năng lượng

Nguồn cung cấp năng lượng có thể được phân chia thành các loại tuyến tính và chuyển đổi Bộ chuyển đổi điện tuyến tính xử lý năng lượng đầu vào trực tiếp, với tất cả các thành phần chuyển đổi năng lượng tích cực hoạt động trong vùng tuyến tính Trong bộ chuyển đổi phi tuyến tính, năng lượng đầu vào được chuyển đổi sang AC hoặc xung DC trước khi chế biến, bởi các thành phần hoạt động chủ yếu trong chế độ phi tuyến tính (ví dụ, bóng bán dẫn) Năng lượng bị tổn thất (chuyển thành nhiệt) khi các thành phần hoạt động trong vùng tuyến tính, do đó, bộ chuyển đổi phi tuyến tính được sử dụng nhiều hơn tuyến tính bởi vì các thành phần của nó tiêu tốn ít thời gian hơn hoạt động trong vùng tuyến tính

II Phân loại

1 Bộ nguồn DC

Một bộ cung cấp điện DC là một trong những nguồn cung cấp điện áp phân cực cố định cho tải Tùy thuộc vào thiết kế của nó, một nguồn cung cấp điện DC có thể được cung cấp từ một nguồn DC hoặc từ một nguồn AC như các nguồn điện

1.1 Nguồn chuyển AC thành DC

Hình 3: Sơ đồ cung cấp điện cơ bản AC thành DC

Một số nguồn cung cấp điện DC sử dụng mạng điện AC làm nguồn năng lượng Nguồn cung cấp năng lượng như vậy đôi khi sẽ sử dụng một máy biến áp để chuyển đổi điện áp đầu vào cao hơn hoặc thấp hơn điện áp AC Một bộ chỉnh lưu được sử dụng để chuyển đổi điện áp đầu ra biến đổi thành điện áp DC, rồi lần lượt được đưa qua một bộ lọc điện tử để chuyển nó sang một điện áp DC không được điều chỉnh Các bộ lọc loại bỏ hầu hết, nhưng không phải tất cả các biến điện áp AC; các biến điện áp còn lại được gọi là gợn

Hình 4: Bộ nguồn cung cấp điện DC (12V) Khả năng chịu tải điện của các gợn sẽ quy định lượng tối thiểu của bộ lọc phải được cung cấp bởi một nguồn cung cấp năng lượng Trong một số ứng dụng, gợn cao được cho phép và do đó không cần có bộ lọc Ví dụ, trong một số ứng dụng pin sạc nó có thể dùng nguồn điện DC cung cấp điện gồm một biến áp và một diode chỉnh lưu duy nhất, với một điện trở mắc nối tiếp ở đầu ra để hạn chế dòng điện sạc

1.2 Điều chỉnh tuyến tính

Chức năng của bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính là chuyển đổi điện áp

DC sai khác một hằng số, cụ thể, thấp hơn điện áp DC Ngoài ra, nó thường cung cấp một dòng điện giới hạn để bảo vệ các nguồn cung cấp năng lượng và tải trọng khi quá dòng (quá mức)

Điện áp đầu ra không đổi là đòi hỏi trong nhiều ứng dụng của bộ nguồn cung cấp, nhưng điện áp được cung cấp bởi nhiều nguồn năng lượng sẽ biến đổi khi thay đổi tổng trở tải Hơn nữa, khi nguồn điện DC không kiểm soát

được các nguồn năng lượng, điện áp đầu ra của nó cũng sẽ thay đổi theo sự thay đổi điện áp đầu vào Để khắc phục điều này, một số nguồn điện sử dụng

bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính để duy trì điện áp đầu ra ở một giá trị ổn định, độc lập với các biến động điện áp đầu vào và tổng trở tải Điều chỉnh tuyến tính cũng có thể giảm mức độ gợn sóng và tiếng ồn xuất hiện trên các điện áp đầu ra

2 Bộ nguồn AC

Nguồn điện AC thông thường lấy điện áp từ một ổ cắm điện trên tường (nguồn điện cung cấp) và làm giảm nó đến điện áp mong muốn

3 Bộ nguồn chuyển mạch

Trong một bộ nguồn chuyển mạch (SMPS), nguồn điện đầu vào AC được chỉnh lưu thẳng sau đó được lọc và thu được điện áp DC Kết quả là điện áp DC được bật và tắt ở một tần số cao bởi mạch chuyển mạch điện tử, theo cách đó một dòng AC sẽ đi qua biến áp tần số cao hoặc cuộn cảm Chuyển mạch xảy ra ở một tần số rất cao (thông thường là 10 kHz - 1 MHz), qua đó cho phép việc sử dụng các máy biến áp và tụ lọc nhỏ hơn nhiều, nhẹ hơn và ít tốn kém hơn so với những cái được tìm thấy trong nguồn cung cấp điện tuyến tính hoạt động ở tần số mạng điện Sau khi qua cuộn cảm hoặc biến áp thứ cấp, các tần số cao AC được chỉnh lưu và lọc để sản xuất điện áp đầu ra DC Nếu SMPS sử dụng một biến áp tần số cao được cách điện, đầu ra

sẽ bị cô lập khỏi nguồn điện; tính năng này là điều cần thiết cho sự an toàn

4 Bộ nguồn lập trình

Hình 5: Nguồn cung cấp điện lập trình Nguồn cung cấp điện lập trình cho phép điều khiển từ xa hoạt động của

nó thông qua một đầu vào tương tự hoặc giao diện kỹ thuật số như RS232 hoặc GPIB Bao gồm điều khiển điện áp, dòng điện, và trong trường hợp đầu

ra là nguồn AC, tần số Chúng được sử dụng trong một loạt các ứng dụng, bao gồm cả thiết bị kiểm tra tự động, theo dõi sự phát triển tinh thể, bán dẫn và máy phát tia X

Nguồn cung cấp điện lập trình thường sử dụng một máy tính siêu nhỏ tích hợp để kiểm soát và giám sát các hoạt động cung cấp điện Nguồn cung cấp điện được trang bị một giao diện máy tính có thể sử dụng giao thức truyền thông cá nhân hoặc các giao thức chuẩn và ngôn ngữ kiểm soát thiết bị như SCPI

5 Bộ nguồn liên tục

Một nguồn cung cấp điện liên tục (UPS) năng lượng của nó có từ hai hoặc nhiều nguồn cùng lúc Nó thường được cung cấp trực tiếp từ nguồn điện

AC, trong khi đồng thời sạc pin lưu trữ Nếu như có sự sụt áp hay hư hỏng mạng điện, pin ngay lập tức giành quyền kiểm soát để tải không trải qua một

sự gián đoạn Trong cài đặt máy tính, điều này cho phép việc điều khiển thời gian để tắt hệ thống một cách có trật tự Thiết kế UPS khác có thể sử dụng một động cơ đốt trong hoặc tua bin để liên tục cung cấp điện cho một hệ

thống song song với năng lượng AC Các máy phát điện gắn động cơ chạy không tải bình thường, nhưng vẫn có năng lượng đầy đủ trong một một vài giây để giữ cho thiết bị quan trọng đang chạy mà không bị gián đoạn

6 Bộ nguồn điện áp cao

Hình 6: Một bộ nguồn điện áp cao (30 kV) Nguồn cung cấp điện áp cao cho điện áp đầu ra khoảng hàng trăm đến hàng ngàn vôn Một kết nối đầu ra đặc biệt được sử dụng để ngăn ngừa sự phóng hồ quang điện, sự đánh thủng điện môi và con người tiếp xúc ngẫu nhiên Kết nối tiêu chuẩn liên bang thường được sử dụng cho các ứng dụng trên 20 kV, mặc dù các loại kết nối (ví dụ đầu nối dây SHV) có thể được sử dụng ở điện áp thấp hơn Một số nguồn cung cấp điện áp cao ở đầu vào tương

tự có thể được sử dụng để điều khiển điện áp đầu ra, kết quả cho phép nó hoạt động như bộ khuếch đại điện áp cao, mặc dù với băng thông rất hạn chế Nguồn điện áp cao thường được sử dụng để gia tốc và điều khiển electron và chùm ion trong các thiết bị như máy phát tia X, kính hiển vi điện tử, và chùm ion hội tụ, và trong một loạt các ứng dụng khác, bao gồm hiện tượng điện chuyển và tĩnh điện

Nguồn điện áp cao thường áp dụng phần lớn năng lượng đầu vào của

nó cho bộ đảo lưu điện, từ đó điều khiển một số điện trở phụ hoặc tỉ số vòng dây cao, biến áp cao áp Điện áp cao sẽ được chuyển ra khỏi nguồn điện thông qua các kết nối đặc biệt, và cũng được áp dụng cho bộ phân áp để có thể chuyển đổi nó thành tín hiệu vôn thấp tương thích với mạch điện áp thấp Các tín hiệu đo được sử dụng một bộ điều khiển khép kín điều khiển điện áp

cao bằng cách kiểm soát năng lượng đầu vào bộ đảo lưu, và nó cũng có thể được chuyển tải ra khỏi nguồn điện để cho phép mạch điện bên ngoài để giám sát mạng điện điện áp cao

III Ứng dụng bộ nguồn cung cấp

1 Bộ nguồn máy tính

Một nguồn máy tính hiện đại là một nguồn dùng phương pháp chuyển đổi mạch để chuyển đổi điện AC từ nguồn cung cấp thành điện áp DC Bộ nguồn chuyển mạch được thay thế cho bộ nguồn tuyến tính do chi phí, trọng lượng, và kích thước cải thiện Các tập hợp khác nhau của điện áp đầu ra cũng

đã biến đổi khác nhau theo hình dạng của mạch điện

2 Bộ nguồn hàn điện

Hàn bằng hồ quang sử dụng điện làm tan chảy bề mặt của kim loại để nối chúng với nhau thông qua sự kết dính Điện được cung cấp bởi bộ nguồn hàn điện, và có thể là AC hoặc DC Hàn bằng hồ quang thường đòi hỏi dòng điện cao thường từ 100 đến 350 ampe Một số loại hàn có thể sử dụng nhỏ hơn 10 ampe, trong khi một số ứng dụng của hàn điểm sử dụng dòng cao hơn 60.000 ampe trong một thời gian rất ngắn Nguồn điện hàn cũ hơn bao gồm máy biến áp hoặc động cơ điều khiển máy phát điện Nhiều nguồn cung cấp gần đây sử dụng chất bán dẫn và vi xử lý để giảm kích thước và trọng lượng của nó

3 Bộ đổi điện AC

Hình 7: Phương thức chuyển mạch của sạc điện thoại di động

Bộ nguồn được xây dựng thành phích cắm nguồn điện AC được biết đến như một "gói phích cắm" hay "phích cắm điện chuyển đổi" Thường với cùng một loại phích cắm DC cung cấp điện áp khác nhau hoặc phân cực, hoặc phích cắm khác nhau cung cấp điện áp tương tự Toàn bộ bộ đổi điện cố gắng

để thay thế những mất mát hoặc hư hỏng, sử dụng nhiều phích cắm và chọn lọc dùng cho điện áp khác nhau và phân cực Bộ nguồn thay thế phải phù hợp với điện áp, cung cấp tối thiểu nhiều hơn dòng điện cung cấp ban đầu

Thiết bị AC tối thiểu chỉ gồm một biến áp nhỏ, trong khi bộ đổi điện

DC bao gồm một vài diode bổ sung Có hay không có tải được kết nối với bộ chuyển đổi điện thì máy biến áp có một từ trường liên tục hiện diện và thường không thể được tắt hoàn toàn trừ khi tháo phích cắm điện

Bởi vì chúng tiêu thụ điện dự phòng, đôi khi chúng được gọi là "ma cà rồng điện" và có thể được cắm vào một dải năng lượng để cho phép tắt chúng đi

Ngược lại, chuyển sang chế độ cung cấp điện năng có thể cắt bỏ rò rỉ chất điện phân - tụ điện, sử dụng MOSFETs, và làm giảm tần số làm việc của chúng để nuốt gọn năng lượng một lần trong một thời gian có điện

V Nguồn máy tính

Hình 8: Một bộ nguồn cho máy tính ATX được tháo vỏ Nguồn máy tính (Power Supply Unit hay PSU) là một thiết bị cung cấp năng lượng cho bo mạch chủ, ổ cứng, ổ quang và các thiết bị khác , đáp ứng năng lượng cho tất cả các thiết bị phần cứng của máy tính hoạt động

1 Đặc điểm

Nguồn máy tính là loại nguồn phi tuyến, khác với nguồn tuyến tính ở chỗ:

• Nguồn tuyến tính (thường cấu tạo bằng biến áp với cuộn sơ cấp

và cuộn thứ cấp) cho điện áp đầu ra phụ thuộc vào điện áp đầu vào

• Nguồn phi tuyến cho điện áp đầu ra ổn định ít phụ thuộc vào điện áp đầu vào trong giới hạn nhất định cho phép

2 Nguyên lý hoạt động

Từ nguồn điện dân dụng (110V/220V xoay chiều với tần số 50/60 Hz) vào PSU qua các mạch lọc nhiễu loại bỏ các nhiễu cao tần, được nắn thành điện áp một chiều Từ điện áp một chiều này được chuyển trở thành điện áp xoay chiều với tần số rất cao, qua một bộ biến áp hạ xuống thành điện áp xoay chiều tần số cao ở mức điện áp thấp hơn, từ đây được nắn trở lại thành một chiều Sở dĩ phải có sự biến đổi xoay chiều thành một chiều rồi lại thành xoay chiều và trở lại một chiều do đặc tính của các biến áp: Đối với tần số cao thì kích thước biến áp nhỏ đi rất nhiều so với biến áp ở tần số điện dân dụng 50/60 Hz

Nguồn máy tính được lắp trong các máy tính cá nhân, máy chủ, máy tính xách tay Ở máy để bàn hoặc máy chủ, bạn có thể nhìn thấy PSU là một

bộ phận có rất nhiều đầu dây dẫn ra khỏi nó và được cắm vào bo mạch chủ, các ổ đĩa, thậm chí cả các card màn hình cao cấp Ở máy tính xách tay PSU

có dạng một hộp nhỏ có hai đầu dây, một đầu nối với nguồn điện dân dụng, một đầu cắm vào máy tính xách tay; đặc điểm khác biệt nhất ở máy tính xách tay là các nguồn này chỉ cung cấp một loại điện áp một chiều Mức điện áp này cũng khác thường, chúng là một tham số cố định trong khoảng từ 15V cho đến 24V tuỳ theo từng hãng sản xuất máy tính xách tay khác nhau

Nguồn máy tính cung cấp đồng thời nhiều loại điện áp: +12V, - 12V, +5V, +3,3V với dòng điện định mức lớn

3 Vai trò

Nguồn máy tính là một bộ phận rất quan trọng đối với một hệ thống máy tính, tuy nhiên có nhiều người sử dụng lại ít quan tâm đến Sự ổn định của một máy tính ngoài các thiết bị chính (bo mạch chủ, bộ xử lý, bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, ổ cứng ) phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn máy tính bởi

nó cung cấp năng lượng cho các thiết bị này hoạt động

Một nguồn chất lượng kém, không cung cấp đủ công suất hoặc không

ổn định sẽ có thể gây nên sự mất ổn định của hệ thống máy tính (cung cấp điện áp quá thấp cho các thiết bị, có nhiều nhiễu cao tần gây sai lệch các tín hiệu trong hệ thống), hư hỏng hoặc làm giảm tuổi thọ các thiết bị (nếu cung cấp điện áp đầu ra cao hơn điện áp định mức)

4 Lọc nhiễu trong nguồn máy tính

Trong một bộ nguồn máy tính thường có các vị trí lọc nhiễu như sau:

• Lọc nhiễu đầu vào: Lọc bỏ các loại nhiễu trước khi biến đổi thành điện áp một chiều (trước cầu chỉnh lưu) Lọc nhiễu đầu vào thường dùng mạch tụ điện và cuộn cảm để loại bỏ toàn bộ nhiễu cao tần của lưới điện

• Lọc nhiễu trung gian: Các khâu lọc nhiễu mạch giữa của nguồn -biến đổi từ phần điện một chiều sang xoay chiều tần số cao

• Lọc nhiễu đầu ra: Lọc nhiễu sau biến áp cao tần: Thường sử dụng các cuộn cảm kết hợp với tụ (hoá) cho các đầu ra