Mạch lọc nguồn là gì? Nguyên lý hoạt động và ứng dụng thực tế

Trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang diễn ra mạnh mẽ, việc áp dụng các mạch lọc nguồn hiện đại để cung cấp nguồn điện sạch và ổn định cho các thiết bị điện tử là rất quan trọng để tăng hiệu suất hoạt động và đảm bảo tính ổn định cho các hệ thống công nghiệp và máy móc hiện đại.

Để giải quyết vấn đề này, các mạch lọc nguồn được phát triển để loại bỏ các nhiễu điện từ và cung cấp cho thiết bị điện tử một nguồn điện sạch và ổn định. Các mạch lọc nguồn cơ bản bao gồm các tụ điện và cuộn cảm để lọc các tín hiệu nhiễu ra khỏi nguồn điện. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ, các mạch lọc nguồn hiện đại đã được thiết kế với nhiều tụ điện và cuộn cảm hơn, kết hợp với các bộ lọc khác nhau để loại bỏ các tần số nhiễu khác nhau. Các mạch lọc nguồn hiện đại cũng được trang bị các linh kiện bảo vệ để đảm bảo an toàn cho thiết bị và người sử dụng.

Mạch lọc nguồn là một phần quan trọng trong các thiết bị điện tử hiện đại. Khi các thiết bị này hoạt động, chúng sẽ tiêu thụ năng lượng từ nguồn điện và đưa vào các tải điện như chip, mạch, motor,... Tuy nhiên, các nguồn điện thường có chứa các nhiễu điện từ, do đó sẽ gây ra các vấn đề về chất lượng nguồn điện và làm giảm hiệu suất hoạt động của thiết bị.

Mạch lọc nguồn là gì?

Mạch lọc nguồn (Capacitance Multiplier)  là một mạch điện tử được thiết kế để loại bỏ nhiễu và biến động điện áp không mong muốn trong nguồn điện. Mạch lọc nguồn thường được sử dụng trong các thiết bị điện tử như máy tính, điện thoại di động, camera, âm thanh và các thiết bị điện tử khác để đảm bảo nguồn điện ổn định và an toàn cho các thành phần bên trong. Một số loại mạch lọc nguồn thông dụng bao gồm mạch lọc bộ đệm, mạch lọc RC, mạch lọc LC và mạch lọc LCL.

Chúng ta có thể diễn giải một cách đơn giản như sau: Mạch lọc nguồn là một phần của mạch nguồn một chiều, được áp dụng sau giai đoạn chỉnh lưu và trước giai đoạn ổn áp, nhằm giúp làm giảm độ nhiễu sóng của điện áp.

Mạch lọc nguồn là một trong những mạch rất hữu ích và được sử dụng rộng rãi trong thực tế. Nó giúp giảm độ rì rào của nguồn bằng cách sử dụng độ khuếch đại của transistor. Mạch lọc nguồn không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn giúp tiết kiệm không gian. Thông thường, các tụ lọc có kích thước lớn, chiếm nhiều không gian, vì vậy mạch lọc nguồn được phát triển để giảm kích thước của các tụ điện. Đặc biệt đối với các ứng dụng điện tử như chống nhiễu, bộ điều khiển điện áp định tuyến hoặc các bộ điều khiển chuyển mạch, mạch lọc nguồn đóng vai trò quan trọng để giảm thiểu các nhiễu tạo ra bởi cơ chế chuyển mạch.

Xem thêm: Mạch cầu H là gì? Cấu tạo vàn nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động mạch lọc nguồn

Nguyên lý hoạt động của mạch lọc nguồn dựa trên sự sử dụng của các thành phần mạch như tụ điện và cuộn cảm.

Trong mạch lọc nguồn, tụ điện được sử dụng để lọc các nhiễu điện áp cao tần thông qua hiệu ứng lọc của chúng. Khi nguồn cấp điện đưa vào mạch, các nhiễu điện áp cao tần sẽ được lưu trữ trên các tụ điện trong mạch. Tuy nhiên, do tụ điện chỉ cho phép dòng điện đi qua chúng trong một hướng duy nhất, các nhiễu điện áp cao tần sẽ không thể trở về nguồn cấp điện và sẽ bị loại bỏ.

Ngoài ra, trong mạch lọc nguồn còn sử dụng cuộn cảm để loại bỏ các nhiễu điện áp thấp tần. Cuộn cảm có khả năng chống lại thay đổi dòng điện, do đó các nhiễu điện áp thấp tần sẽ gặp khó khăn trong việc truyền qua cuộn cảm và bị loại bỏ.

Kết hợp sử dụng tụ điện và cuộn cảm trong mạch lọc nguồn sẽ giúp loại bỏ các nhiễu điện áp không mong muốn và cung cấp nguồn điện sạch cho các thiết bị điện tử hoạt động ổn định hơn.

Mô tả dạng điện áp 1 chiều DC của mạch chỉnh lưu trong 2 trường hợp: có lọc nguồn và không có lọc nguồn.

Trong trường hợp mạch chỉnh lưu không có tụ lọc, khi công tắc K mở, điện áp đầu ra sẽ có dạng nhấp nhô, tức là sẽ có dao động hoặc biến đổi theo thời gian. Điện áp này không được lọc, do đó có thể có nhiễu hoặc dao động không ổn định.

Trong trường hợp mạch chỉnh lưu có tụ lọc, khi công tắc K đóng, tụ C1 sẽ tham gia quá trình lọc nguồn, giúp làm giảm nhiễu và dao động của điện áp đầu ra. Kết quả là điện áp đầu ra sẽ tương đối phẳng, tức là không có hoặc ít nhiễu, đồng thời không có dao động đáng kể theo thời gian. Nếu giá trị điện dung của C1 càng lớn, điện áp đầu ra càng phẳng và ổn định hơn.

Nếu mạch chỉnh lưu có tụ lọc nhưng không có tải, hoặc tải tiêu thụ có công suất thấp không đáng kể so với công suất của biến áp, thì điện áp đầu ra sẽ gần như là điện áp một chiều (DC) ổn định, với giá trị xấp xỉ là 1,4 lần giá trị của điện áp xoay chiều đầu vào (AC).

Công dụng của mạch lọc nguồn

Mạch lọc nguồn (hay còn gọi là bộ lọc nguồn) là một mạch điện tử được sử dụng để lọc nhiễu và đảm bảo rằng nguồn điện được cấp vào thiết bị là sạch và ổn định. Mạch lọc nguồn đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng điện tử, đảm bảo cho hoạt động ổn định và tin cậy của các thiết bị điện tử, đồng thời giúp giảm bớt nhiễu và đạt được điện áp đầu ra ổn định và phù hợp với yêu cầu của hệ thống.

Các ứng dụng chính của mạch lọc nguồn bao gồm:

1. Loại bỏ nhiễu: Một trong những chức năng quan trọng nhất của mạch lọc nguồn là loại bỏ các nhiễu điện từ và nhiễu đa cực từ nguồn điện. Những nhiễu này có thể gây ra các lỗi và giảm hiệu suất của các thiết bị điện tử.

2. Cung cấp nguồn điện ổn định: Mạch lọc nguồn giúp cung cấp nguồn điện ổn định và không bị gián đoạn, đảm bảo rằng các thiết bị hoạt động một cách chính xác và đáng tin cậy.

3. Bảo vệ thiết bị: Mạch lọc nguồn cũng giúp bảo vệ các thiết bị khỏi các dao động điện áp và các yếu tố nguy hiểm khác.

Công dụng của mạch lọc nguồn là giúp làm giảm nhiễu, nhiễm từ, hoặc dao động của nguồn điện đầu vào, đồng thời giúp đạt được điện áp đầu ra ổn định và phù hợp với yêu cầu của các thiết bị điện tử.

Cụ thể, mạch lọc nguồn được sử dụng để loại bỏ hoặc giảm bớt các nhiễu, nhiễm từ, và dao động không mong muốn trong nguồn điện đầu vào, gồm cả nhiễu từ thiết bị điện tử trong mạch điện, hoặc từ các nguồn điện bên ngoài như đường điện, các thiết bị công suất khác, hoặc các tín hiệu nhiễu từ từ môi trường xung quanh. Điều này giúp đảm bảo cho các thiết bị điện tử hoạt động ổn định và không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện áp, đồng thời giúp cải thiện độ tin cậy và tuổi thọ của các thiết bị điện tử.

Mạch lọc nguồn còn được sử dụng để giúp đạt được điện áp đầu ra ổn định và phù hợp với yêu cầu của các thiết bị điện tử. Điện áp đầu ra sau khi đi qua mạch lọc nguồn sẽ có dạng DC phẳng và ổn định, giúp đảm bảo hoạt động chính xác và ổn định của các thiết bị điện tử, đồng thời giúp tránh các sự cố có thể xảy ra do đột ngột thay đổi điện áp đầu vào.

Ứng dụng thực tế của mạch lọc nguồn

Mạch lọc nguồn là một thành phần quan trọng trong các hệ thống điện tử và điện năng, và được sử dụng trong nhiều ứng dụng thực tế, bao gồm:

1. Thiết bị điện gia đình: Mạch lọc nguồn được sử dụng trong các thiết bị điện gia đình như tivi, máy tính, máy chiếu, đầu đĩa, máy giặt, tủ lạnh và các thiết bị điện tử khác. Mạch lọc nguồn giúp loại bỏ các nhiễu và nhiễm từ từ nguồn điện đầu vào, đồng thời cung cấp nguồn điện ổn định và an toàn cho các thiết bị này.

2. Thiết bị y tế: Mạch lọc nguồn được sử dụng trong các thiết bị y tế như máy xạ trị, máy chẩn đoán y tế, thiết bị giám sát y tế, đèn nội soi và các thiết bị y tế khác. Mạch lọc nguồn giúp đảm bảo nguồn điện ổn định và sạch sẽ để đảm bảo hiệu quả và an toàn trong các ứng dụng y tế.

3. Công nghiệp và tự động hóa: Mạch lọc nguồn được sử dụng trong các hệ thống công nghiệp và tự động hóa như máy gia công, máy sản xuất, hệ thống điều khiển và các thiết bị tự động hóa khác. Mạch lọc nguồn giúp giảm thiểu các nhiễu và nhiễm từ từ nguồn điện, đồng thời đảm bảo nguồn điện ổn định và chất lượng cao cho các hệ thống này.

4. Công nghệ thông tin và viễn thông: Mạch lọc nguồn được sử dụng trong các thiết bị công nghệ thông tin và viễn thông như máy tính, điện thoại di động, modem, thiết bị mạng và các thiết bị viễn thông khác. Mạch lọc nguồn giúp đảm bảo nguồn điện sạch sẽ và ổn định cho các thiết bị này, đồng thời giúp giảm thiểu nhiễu và nhiễm từ có thể ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị.

5. Công trình xây dựng: Mạch lọc nguồn cũng được sử dụng trong các công trình xây dựng như các tòa nhà, khách sạn, trung tâm thương mại, nhà máy sản xuất và các công trình công nghiệp khác. Mạch lọc nguồn giúp đảm bảo nguồn điện ổn định và sạch sẽ cho các hệ thống điện trong các công trình này, giúp đạt được hiệu suất hoạt động cao và đáng tin cậy.

6. Công nghệ xử lý tín hiệu: Mạch lọc nguồn được sử dụng trong các ứng dụng xử lý tín hiệu như trong hệ thống âm thanh, hệ thống ghi hình, thiết bị ghi video, thiết bị âm nhạc và các ứng dụng khác. Mạch lọc nguồn giúp loại bỏ các nhiễu và nhiễm từ từ nguồn điện đầu vào, giúp đạt được chất lượng tín hiệu cao và giảm thiểu các nhiễu không mong muốn.

7. Công nghệ điện năng tái tạo: Mạch lọc nguồn cũng được sử dụng trong các ứng dụng điện năng tái tạo như hệ thống năng lượng mặt trời, hệ thống điện gió, hệ thống điện thủy điện và các nguồn điện tái tạo khác. Mạch lọc nguồn giúp cung cấp nguồn điện ổn định và sạch sẽ cho các hệ thống này, đồng thời giúp giảm thiểu các nhiễu và nhiễm từ từ môi trường bên ngoài.

Như vậy, mạch lọc nguồn có nhiều ứng dụng thực tế trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo nguồn điện ổn định, chất lượng cao và an toàn cho các thiết bị và hệ thống điện tử.

Một số mạch lọc nguồn phổ biến

Mạch lọc nguồn cơ bản

Một mạch lọc nguồn cơ bản bao gồm một tụ điện và một cuộn cảm, được nối với nguồn điện và các thiết bị điện tử cần sử dụng nguồn này. Tụ điện được sử dụng để lọc các tín hiệu AC (alternating current) ra khỏi nguồn điện, trong khi cuộn cảm được sử dụng để loại bỏ các tín hiệu RF và các tín hiệu khác có tần số cao hơn.

Một mạch lọc nguồn cơ bản có thể được cải tiến bằng cách thêm nhiều tụ điện và cuộn cảm vào mạch, để loại bỏ các tần số nhiễu khác nhau. Các mạch lọc nguồn này được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử như máy tính, điện thoại di động, máy nghe nhạc, và các thiết bị khác để đảm bảo nguồn điện sạch và ổn định.

Mạch lọc nguồn đã sửa đổi

Mạch lọc nguồn là một mạch điện tử được sử dụng để loại bỏ các nhiễu từ nguồn điện, giúp cung cấp nguồn điện sạch và ổn định cho các thiết bị điện tử. Trong mạch lọc nguồn, các tụ điện và cuộn cảm được sử dụng để lọc các tín hiệu AC ra khỏi nguồn điện và loại bỏ các tín hiệu RF và các tín hiệu khác có tần số cao hơn.

Tuy nhiên, mạch lọc nguồn cơ bản có thể không đáp ứng được yêu cầu về chất lượng nguồn điện cho các thiết bị điện tử cao cấp hiện nay. Do đó, các mạch lọc nguồn hiện đại được thiết kế với nhiều tụ điện và cuộn cảm hơn, và được kết hợp với các bộ lọc khác nhau để loại bỏ các tần số nhiễu khác nhau.

Ngoài ra, các mạch lọc nguồn hiện đại còn được trang bị các linh kiện bảo vệ như bảo vệ quá áp, bảo vệ quá dòng, và bảo vệ ngắn mạch để đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện tử và người sử dụng.

Trong thực tế, mạch lọc nguồn thường được tích hợp trực tiếp vào bảng mạch của các thiết bị điện tử, hoặc được lắp đặt riêng biệt và kết nối với nguồn điện của thiết bị. Tùy thuộc vào yêu cầu và tính chất của thiết bị, mạch lọc nguồn có thể được thiết kế và tùy chỉnh để đáp ứng nhu cầu sử dụng.

Lời Kết

Trên đây là một số thông tin liên quan tới mạch lọc nguồn mà bạn có thể tham khảo. Hy vọng qua bài viết này bạn đọc có thể hiểu rõ hơn về loại mạch này và giải quyết được những thắc mắc về mạch lọc nguồn và có thể áp dụng thành công trong công việc cũng như trong học tập.