Mạch Buck là gì? Nguyên lý hoạt động của mạch Buck trong nguồn xung như thế nào? Ứng dụng phổ biến hiện nay của nó ra sao? Bài viết này sẽ tổng hợp kiến thức bổ ích cho bạn đó nhé!

1. Mạch Buck là gì?

Mạch Buck còn được gọi là mạch Buck hạ áp và tên tiếng Anh đầy đủ là Buck Converter. Đây là một bộ chuyển đổi DC-Dc phổ biến nhất hiện nay, nó thực hiện nhiệm vụ chuyển đổi điện áp cao sang điện áp thấp cực hiệu quả đó nhé! Buck giúp chuyển đổi năng lượng một cách hiệu quả thông qua đó mà nói kéo dài tuổi thọ của pin, giảm sinh nhiệt trong quá trình vận hành và cho phép xây dựng các tiện ích nhỏ hơn.

Hiện nay, mạch Buck được đưa vào ứng dụng đa dạng và cực kỳ thú vị. Cùng tìm hiểu cụ thể hơn với những thông tin cơ bản được giới thiệu trong phần tiếp theo của bài viết này bạn nhé!

2. Thông tin cơ bản về mạch Buck bạn cần nắm được

Mạch Buck là một mạch cực đơn giản với Mosfet bên cao bật và tắt. Một bộ vi mạch điều khiển và nó được sử dụng một vòng phản hồi kín đều thực hiện nhiệm vụ điều khiển điện áp ở đầu ra. Hàm truyền DC là một phương trình có liên quan đến điện áp đầu vào, điện áp ở đầu ra của mạch và chu kỳ làm việc của nó.

Ta có công thức tính như sau: Vout = Vin * D. 

• Trong đó: 
• Vout biểu thị chi điện áp ở đầu ra của mạch.
• Vin biểu thị cho điện áp ở đầu vào của mạch Buck.
• D là chu kỳ làm việc hoặc % thời gian Mosfet được bật trong quá trình vận hành.

Trong cấu tạo của mạch Buck còn có cuộn cảm và tự điện được kết nối để tạo thành một bộ lọc thông thấp. Nhiệm vụ mà bộ lọc thông thấp này đảm nhận chính là làm mịn hoạt động chuyển mạch Mosfet và thực hiện tạo ra điện áp DC mượt mà và êm ái hơn.

Mạch Buck còn có biến thể của nó được gọi là mạch Buck đồng bộ. Trong bộ mạch này, diode được tự do thay thế bằng Mosfet, nhờ đó mà nó cho phép thực hiện việc truyền điện hai chiều qua mạch. Trong trường hợp mạch Buck chạy ngược, nó có thể thực hiện nhiệm vụ hoạt động tương tự mạch Boost. Khi đó nó chỉ cần có một IC chuyển đổi đặc biệt là được. Với trường hợp này khiến nó thường được đưa vào để ứng dụng như USB on the go, tức nó cho phép người dùng sử dụng điện thoại thông minh thực hiện việc cấp nguyên cho các thiết bị cầm tay loại nhỏ khác chẳng hạn như quạt mini,..

Các mắc của hai Mosfet trong trường hợp mạch Buck biến thể này được gọi là một nửa cầu hay Half Bridge và nó là mạch hữu ích cho nhiều ứng dụng khác nhau trong đời sống hiện nay đó nhé! 

3. Nguồn xung kiểu Buck hoạt động với nguyên lý như thế nào?

Bộ chuyển đổi Buck được đưa vào ứng dụng trong các mạch nguồn xung với yêu cầu điện áp ra DC luôn thấp hơn so với điện áp vào DC. Điện áp ở đầu vào DC có thể lấy trực tiếp từ nguồn AC thông qua cầu diode và tụ lọc hoặc có thể thông qua bất kỳ nguồn cung cấp DC nào cũng được. 

Buck hoạt động theo nguyên lý băm xung, đó chính là dùng các khóa mạch thực hiện việc chuyển mạch điện tử là Mosfet hoặc có thể dùng BJT nhằm nối tải với nguồn trong một khoảng thời gian nhất định theo chu kỳ T nhất định của mạch. Lúc này, điện áp ở đầu ra sẽ thay đổi theo chu kỳ T và thời gian thực hiện việc đóng cắt của khóa chuyển mạch trong mạch Buck.

Trong mạch Buck cơ bản sẽ bao gồm 4 linh kiện điện tử là diode, khóa chuyển mạch điện tử, cuộn dây và tụ điện.

Khi linh kiện điện tử bán dẫn đi qua cuộn cảm hay cuộn dây điện và thực hiện việc nạp cho tụ điện nó sẽ duy trì dòng qua tải. Dòng qua cuộn dây và dòng điện nạp vào tụ điện không tăng đột ngột và chúng tăng từ từ, khi đó điện áp ở đầu ra trên tải cũng từ từ tăng lên, lúc này diode sẽ không dẫn điện bởi nó bị phân cực ngược.

Khi linh kiện bán dẫn tắt dòng qua tải được lấy từ cuộn dây hay cuộn cảm của mạch và 1 phần nhỏ của tụ điện, lúc này diode sẽ dẫn ngay lập trình và dòng qua tải chính là dòng điện đi qua diode và nó phải đảm bảo thực hiện nhiệm vụ bảo vệ linh kiện bán dẫn khỏi bị hỏng do điện áp ngược khi cắt dòng đặt lên nó. Linh kiện bán dẫn có thể chết ngay lập trình khi điện áp ngược do cuộn cảm sinh ra, và cộng thêm vào đó là nguồn điện tăng.

Tuy nhiên, trong thực tế hiện, mạch Buck có thể tạo ra cả điện áp dương và điện áp âm. So với mạch Buck tạo điện áp dương thì mạch Buck tạo điện áp âm chỉ có vị trí của cuộn cảm và diode là đổi chỗ cho nhau và đảo cực của tụ, còn các linh kiện sử dụng khác vận không thay đổi và nguyên lý hoạt động của chúng tương tự nhau.

4. Một số ứng dụng phổ biến của mạch Buck

Mạch Buck hiện nay được đưa vào để ứng dụng với rất nhiều các thiết bị điện khác nhau. Nó được sử dụng phổ biến ở mọi nơi, cụ thể như sau:

4.1. Ứng dụng trong USB on the go

USB on the go là một ứng dụng cho phép các bạn kết nối chuột, bàn phím, và các thiết bị ngoại vi khác với điện thoại thông minh. Các thiết bị ngoại vi thường lấy điện để hoạt động từ cổng USB trên điện thoại. Công suất cho thiết bị này sẽ được thực hiện điểm chỉnh bởi mạch Buck đồng bộ, nó có thể truyền theo điện cả hai hướng.

Khi điện thoại của các bạn được cắm vào bộ sạc pin điện thoại, thì lúc này mạch Buck sẽ có tác dụng để sạc pin lithium cho điện thoại. Nhưng khi có một thiết bị ngoại vi bất kỳ nào cắm vào điện thoại, mạch Buck sẽ thực hiện nhiệm vụ chạy ngược lại với chức năng như một mạch Boost để tạo nguồn điện 5V từ pin lithium.

4.2. Ứng dụng trong bộ chuyển độ POL cho máy tính để bàn và máy tính xách tay

Mạch Buck được đưa vào ứng dụng với vai trò của bộ chuyển đổi điểm tải hoặc POL, nhờ đó mà mạch không bị cô lập, chúng có khả năng truyền công suất hiệu quả đến các dòng cao hơn. Đối với bo mạch chủ PC và máy tính xách tay là điều đặc biệt hữu ích đó nhé!

Các bộ vi xử lý hiện đại ngày này thường được chạy dưới điện áp rất thấp, thông thường vào khoảng 1.8V. Chính vì thế mà mạch Buck ứng dụng trong trường hợp này rất hiệu quả. Mạch Buck đồng bộ, đôi khi nhiều pha được sử dụng cho thực hiện chuyển mạch này. POL này thường được gọi với tên gọi khác là Module thực hiện nhiệm vụ điều chỉnh điện áp hoặc VRM trong các thông số liên quan đến kỹ thuật của bo mạch chủ.

4.3. Ứng dụng trong bộ sạc pin

Hiện nay, điện thoại thông minh cực kỳ phổ biến, không những thế còn có các thiết bị như máy tính bảng hoặc bộ pin di động sạc nhanh mà không khiến chúng làm nóng các thiết bị di động của bạn.

Mạch Buck đồng bộ là cách tốt nhất, là giải pháp tuyệt vời để làm giảm sự nóng lên của các thiết bị trong quá trình sạc điện. Thông thường, công dùng để sạc cho các thiết bị di động được dùng là công Micro USB. Nó cho phép dòng điện 5V chạy qua. Các mạch sạc nằm bên trong thiết bị di động thường được dùng mạch Buck hạ áp và một số còn được tích hợp thêm bộ điều khiển pin thông minh.

Như vậy, bài viết này đã giúp bạn hiểu mạch Buck là gì rồi đúng không nào? Bạn đã hiểu rõ về nguyên lý hoạt động và ứng dụng của nó rồi đúng không.

Chúc bạn thành đạt trong công việc và hạnh phúc trong cuộc sống !

Hotline / Zalo: 0903 666 014

Website: https://uniduc.com/vi

-------------////--------------------------------------------////------------

HUMANOID ROBOT CỦA CÔNG TY UNIDUC SẢN XUẤT PHÁT TRIỂN.