Tất cả các thiết bị điện tử được thiết kế để chạy ở mức công suất định trước, tức là điện áp và dòng điện. Trong khi mức tiêu thụ hiện tại là động và phụ thuộc vào tải của thiết bị, nguồn điện áp được cố định và lý tưởng là không đổi để thiết bị hoạt động bình thường. Bộ điều chỉnh điện áp có trách nhiệm duy trì điện áp lý tưởng cần thiết cho thiết bị. Máy tính xách tay, bộ sạc tường và máy pha cà phê của bạn đều có bộ điều chỉnh điện áp.
Trong blog này, chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn khái niệm về bộ điều chỉnh điện áp và các loại khác nhau của nó, đồng thời chúng ta sẽ trình bày chi tiết hơn về các IC điều chỉnh điện áp phổ biến và các ứng dụng phổ biến của chúng!
Bộ điều chỉnh điện áp là gì?
Bộ cấp nguồn của thiết bị điện tử chuyển đổi nguồn điện đến thành loại mong muốn (AC-DC hoặc DC-AC) và các đặc tính điện áp/dòng điện mong muốn. Bộ điều chỉnh điện áp là một bộ phận của bộ cấp nguồn đảm bảo cung cấp điện áp ổn định trong mọi điều kiện hoạt động. Nó điều chỉnh điện áp trong quá trình dao động điện và thay đổi tải. Nó có thể điều chỉnh điện áp AC cũng như DC.
Bộ điều chỉnh điện áp thường lấy điện áp đầu vào cao hơn và phát ra điện áp đầu ra thấp hơn, ổn định hơn. Công dụng phụ của chúng cũng là để bảo vệ mạch điện khỏi các xung điện áp có khả năng làm hỏng chúng.
Các loại bộ điều chỉnh điện áp
Bộ điều chỉnh điện áp được sử dụng trong các thiết bị điện tử điện áp thấp thường là mạch tích hợp. Các trung tâm phân phối điện cung cấp nguồn điện xoay chiều cho người tiêu dùng dân dụng và công nghiệp sử dụng các bộ điều chỉnh điện áp lớn về mặt cơ học và phức tạp hơn để duy trì điện áp định mức 220 V (tiêu chuẩn hộ gia đình Việt Nam) bất kể nhu cầu tiêu dùng trên toàn khu vực.
Dựa trên thiết kế vật lý, bộ điều chỉnh điện áp có thể được nhìn thấy trong các mạch tích hợp, thiết bị cơ điện hoặc bộ điều chỉnh tự động trạng thái rắn. Phân loại phổ biến nhất của bộ điều chỉnh điện áp hoạt động (sử dụng các thành phần khuếch đại như bóng bán dẫn hoặc op-amps) là bộ điều chỉnh tuyến tính và bộ điều chỉnh chuyển mạch.
Bộ điều chỉnh tuyến tính là các thiết bị dựa trên bóng bán dẫn đơn giản thường được đóng gói dưới dạng IC. Mạch bên trong của chúng sử dụng bộ khuếch đại vi sai để điều khiển điện áp đầu ra so với điện áp tham chiếu. Bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính có thể có đầu ra cố định hoặc có bộ điều khiển có thể điều chỉnh được. Họ thường cần dòng điện đầu vào tương đương với dòng điện đầu ra.
Bộ điều chỉnh chuyển mạch BẬT/TẮT thiết bị nối tiếp ở tần số cao, thay đổi chu kỳ hoạt động của điện áp được truyền dưới dạng đầu ra. Các cấu trúc liên kết phổ biến của chúng là Buck, Boost và Buck-Boost. Bộ chuyển đổi Buck hiệu quả hơn khi giảm điện áp và vẫn có khả năng tăng dòng điện đầu ra. Bộ chuyển đổi tăng cường, như TPS6125 của Texas Instruments (TI), có thể tăng điện áp đầu ra lên cao hơn điện áp đầu vào.
với TPS63060 tích hợp trên bo mạch TI và Mạch điều chỉnh chuyển mạch
Mạch tích hợp điều chỉnh điện áp tuyến tính
IC điều chỉnh điện áp cố định tuyến tính DC phổ biến nhất được sử dụng trong các mạch điện tử là dòng 78XX và 79XX tương ứng cho đầu ra điện áp dương và âm. XX là viết tắt của điện áp đầu ra nằm trong khoảng từ 2,5 V đến 35 V và có thể hỗ trợ dòng điện lên tới 2 A. Chúng có sẵn ở dạng đóng gói gắn trên bề mặt, TO-3 và TO-220. Chúng có ba chân kết nối, một đầu vào, một GND chung và một chân đầu ra. Các mô-đun điều chỉnh điện áp cũng có sẵn trên thị trường.
LM7805 của STMicroelectronics cung cấp điện áp +5 V trên đầu ra và đầu cuối GND trong khi LM7912 của TI cho đầu ra -12 V. Các điện áp âm chỉ là một tham chiếu tương đối đối với cực GND.
Bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính là loại IC giá rẻ, dễ sử dụng, có độ nhiễu điện từ rất thấp và phản ứng nhanh với sự dao động điện áp. Mặc dù chúng hữu ích cho các ứng dụng đơn giản nhưng có một số hạn chế khi sử dụng chúng
- IC 78XX và 79XX chỉ có thể cung cấp điện áp đầu ra không đổi và định mức nếu điện áp đầu vào lớn hơn đầu ra ít nhất 2,5 V. Ví dụ: bạn không thể có được đầu ra 9 V từ IC LM7809 nếu nó được cấp nguồn bằng pin Li-Ion 9 V.
- Hiện tượng sụt áp xảy ra do các IC này về cơ bản hoạt động như các điện trở giả và giải phóng năng lượng pin đầu vào bổ sung dưới dạng nhiệt. Điều này không hiệu quả và nhiệt cần được tản đi bằng cách sử dụng bộ tản nhiệt hoặc quạt. IC dòng điện cao áp cần tản nhiệt lớn hoặc sử dụng quạt liên tục để đảm bảo phạm vi nhiệt độ ổn định. Điện áp đầu vào cao cho đầu ra thấp, như đầu vào 24 V cho LM7805, có hiệu suất rất kém là 20%.
LM317 của TI là bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính DC cho phép điều chỉnh điện áp đầu ra dựa trên nguyên lý bộ chia điện áp R1/R2 bên ngoài bằng điện trở. Nó rất dễ sử dụng và cần hai điện trở như hình. Nó có thể cung cấp dòng điện lên tới 1,5 A trên dải điện áp dương từ 1,25 V đến 37 V. Các biến thể khác của dòng IC LM317, LM317L và LM317M cung cấp dòng điện lần lượt là 100 mA và 500 mA.
Ứng dụng của bộ điều chỉnh điện áp
- Bộ điều chỉnh điện áp dương và âm có thể được sử dụng cùng nhau để cấp nguồn cho cảm biến, op-amps và các mô-đun điện tử khác cần cả hai điện áp.
- Tất cả các bo mạch phát triển vi điều khiển thông thường, như bo mạch từ Arduino và Raspberry Pi, đều có thể được cấp nguồn bằng đầu ra LM7805 tới chân 5 V. Bo mạch Arduino cũng có bộ điều chỉnh điện áp có độ sụt áp thấp như NCP1117S của On Semiconductor để điều chỉnh nguồn điện đầu vào đến từ giắc cắm thùng hoặc Vin.
Bộ điều chỉnh điện áp là một trong những thành phần quan trọng nhất của mạch điện tử. Họ chịu trách nhiệm về hoạt động an toàn và nhất quán của nó. Bộ điều chỉnh điện áp cực cao sử dụng các mạch điện tử công suất có định mức công suất cao trong môi trường công nghiệp trên máy móc hạng nặng.
Xem thêm tại diencobacninh.com
