Đây là bài viết của bác AuioNga, rất hy vọng bài viết này có thể giúp ích cho các bác nào quan tâm. Trân trọng cám ơn bác AudioNga đã chia sẻ kiến thức và trải nghiệm của mình: Như chúng ta đã biết, các thiết bị điện tử của Nhật Bản và phương Tây có độ ổn định và độ bền rất cao so với sản phẩm do nửa còn lại của thế giới sản xuất. Có rất nhiều lí do để giải thích cho việc này, một trong số đó là khối mạch bảo vệ được chú trọng đúng mức. Khái niệm bảo vệ có thể bao gồm bảo vệ quá áp, quá dòng, quá nhiệt, quá tải, v.v. rất đa dạng. Trong phạm vi bài viết này, em chỉ đi sâu vào vấn đề bảo vệ quá áp vốn là vấn đề thường gặp và ảnh hưởng đến sự sống còn của thiết bị. Cụ thể, em xin giới thiệu qua về vấn đề bảo vệ quá áp, nói qua về một số linh kiện bảo vệ chuyên dụng, và so sánh bọn chúng với nhau để đưa ra các khuyến nghị lựa chọn. Việc hiểu rõ tác dụng và đặc điểm của các linh kiện này có thể giúp các bác (phần nào) trong việc chủ động đưa vào các ứng dụng trong tương lai. Bài viết sẽ bao gồm các nội dung chính là: - Tại sao lại cần bảo vệ quá áp - Những vị trí cần cân nhắc việc bảo vệ quá áp - Một số phương pháp bảo vệ quá áp - Một số linh kiện bảo vệ quá áp chuyên dụng (nội dung chính) - Tổng kết và gợi ý cách sử dụng Sau đây, chúng ta lần lượt làm rõ từng vấn đề. Tại sao lại cần bảo vệ quá áp - Đối với thiết bị và linh kiện điện tử, việc hoạt động quá điện áp danh định có thể để lại các hậu quả rất lớn. Nếu may mắn, thiết bị chỉ giảm tuổi thọ nhưng vẫn đảm bảo hoạt động đúng chức năng cho đến lúc chết. Kém may mắn hơn, thiết bị sẽ chết ngay tức khắc, buộc ta phải thay thế. Nhưng tình huống nguy hiểm nhất là thiết bị không chết nhưng bị què (thay đổi thông số hoặc cấu trúc) và hoạt động sai đi một tí trong suốt quãng đời còn lại mà ta không biết. Điều này có thể dẫn đến tác tai hại khôn lường. Ta ko thể tưởng tượng sẽ ra sao nếu máy y tế chạy sai đúng không các bác :x. Nguồn gốc của quá áp không chỉ đơn giản là do cắm sai ổ (VD: máy chạy 100 V bị cắm nhầm vào 220 V). Còn nhiều nguyên nhân giời ơi hơn thế như xung nhọn do bản thân mạch gây ra, nhiễu điện từ do bên ngoài tác động vào, điện áp cảm ứng trên các đường dây, sự tích phóng năng lượng tĩnh điện. Đặc điểm của những nguồn này là có điện áp từ cao (vài trăm vôn) đến siêu cao (hàng chục nghìn vôn) nhưng lại có thời gian tác động cực nhỏ (cỡ phần nghìn, phần triệu, đến phần tỷ giây). Nói cách khác, năng lượng của chúng có thể ko lớn (do đó đôi khi ta ko nhận ra) nhưng được giải phóng một cách ồ ạt trong một thời gian rất ngắn và đánh què hay giết chết bất kỳ thứ gì mà dòng thác điện ấy chảy qua. Những yếu tố này tương đối vô hình với con người nhưng lại là đao phủ của mạch điện. Do đó, nếu muốn các thiết bị hoạt động tin cậy, lâu bền, và có khả năng sinh tồn cao trong các pha giời ơi như thế, bảo vệ quá áp là một vấn đề cân đem ra cân nhắc nghiêm túc. Những vị trí (VT) cần cân nhắc việc bảo vệ quá áp - VT đầu tiên phải kể đến là nguồn điện vào (VT-1). Cái này là cần thiết nhất và ai cũng hiểu nên em không giới thiệu thêm. VT thứ hai là các cổng kết nối giữa thiết bị với thế giới bên ngoài (VT-2). Một ví dụ điển hình là cổng cắm mạng LAN (mạng internet có dây). Cổng này thường xuyên có xung cao áp xông vào nếu cáp dài và hoạt động trong môi trường nhiễu mạnh hoặc đơn giản hơn là chạy song song với các đường dây điện lưới. Một ví dụ gần với audio hơn là mạch vào của các cổng balanced vốn có thể được kết nối tới dây rất dài. VT thứ ba là trong bản thân thiết bị (VT-3), những vị trí có sự đóng/cắt dòng cho tải cảm (cuộn dây, biến áp, động cơ, rơ le, v.v.). Tùy các yếu tố như tốc độ -, tần suất -, cường độ - đóng cắt mà áp sinh ra lớn cỡ nào. Nhưng nếu không được bảo vệ thì chắc chắn là các bộ điều khiển bán dẫn ở đây sẽ chết nhanh chóng. Một số phương pháp bảo vệ quá áp - Tùy vào mức độ bảo vệ và giá thành sản phẩm mà nhà sản xuất cân nhắc các phương pháp. Một số phương án (PA) thường được áp dụng là: ★ Sử dụng cầu chì hay áp tô mát (PA-1): Trong PA này, cầu chì hay áp tô mát được mắc nối tiếp với tải cần bảo vệ. Khi có quá áp trên tải, dòng điện sẽ tăng tương ứng. Dòng điện tăng đủ lớn sẽ làm đứt dây chì trong cầu chì hoặc tạo ra lực hút đủ lớn trong nam châm điện để nhảy áp tô mát. PA này dùng được cho VT-1 nhưng chịu thua ở VT-2 và VT-3. Một hạn chế lớn khác của PA này là tốc độ đáp ứng ko cao và không chống được các tình huống... hơi quá áp. Do đó, thiết bị nào nhạy cảm có thể chết trước khi được bảo vệ. ★ Sử dụng mạch bảo vệ bằng rơ-le (PA-2): Trong PA này, rơ-le cũng được mắc nối tiếp với tải cần bảo vệ. PA này xịn hơn phương án trên 1 chút vì có mạch đo đạc và định lượng chính xác mức độ quá áp. Tuy nhiên, hai hạn chế về tốc độ và khả năng ứng dụng vẫn chưa được khắc phục so với PA-1. ★ Sử dụng linh kiện bảo vệ quá áp chuyên dụng (PA-3): Khác với PA-1 và PA-2, trong PA-3 này, linh kiện bảo vệ được mắc song song với tải cần bảo vệ. Linh kiện thông dụng có thể là varistor, gas discharge tube (GDT) hay gas tube arresters (GTA), transient voltage suppressors diode, và zener diode. PA này cho phép bảo vệ thiết bị với tốc độ... nhanh như điện. Vì thế, nó có thể chống được các xung cao áp cực nhọt với năng lượng cực lớn giải phóng trong thời gian cực ngắn :lol:. Tuỳ từng loại mà được ứng dụng ở các vị trí khác nhau cho các mục đích bảo vệ khác nhau. Em sẽ phân tích sâu hơn ở phần sau. ★ Đông tây y kết hợp (PA-4): Kết hợp hai trong ba hoặc cả ba PA trên để cho kết quả bảo vệ tốt nhất và thu tiền nhiều nhất trên mỗi đầu máy (nhưng cũng bán được ít máy nhất) . ★ Phương pháp khác (PA-5): Tại một số vị trí đặc biệt, ta có thể cần phương pháp bảo vệ riêng như: dùng BA cách ly cao tần ở mạch vào cổng mạng LAN (BA này vừa cách ly vừa phối hợp trở kháng), dùng các bộ khuếch đại cách ly và nguồn cách ly khi có thể có sự sai lệch lớn về mức điện thế giữa các thiết bị (VD: trong oscilloscope loại cách ly), v.v. Về cơ bản, phương pháp bảo vệ thì có nhiều nhưng cá nhân em chia ra làm ba loại: loại mất bò mới lo làm chuồng (quá rồi mới bảo vệ), loại nghi mất bò cho ngay vào chuồng (quá cái bảo vệ ngay), và loại luôn nhốt bò trong chuồng (cách ly nguy cơ ngay từ đầu). Nếu bác nào hiểu ý của em thì cũng sẽ hiểu ngay mỗi con bò bên trên nằm trong chuồng nào. Một số linh kiện bảo vệ quá áp chuyên dụng - Như em đã phân tích phía trên, linh kiện bảo vệ quá áp chuyên dụng được mắc song song với tải cần bảo vệ. Nguyên lý chung của bọn chúng là: khi hoạt động trong điều kiện thường sẽ hở mạch (có điện trở rất lớn); khi điện áp vượt quá một ngưỡng cho trước thì ngắn mạch (có điện trở giảm nhỏ đột ngột) >>> dòng điện rất lớn chảy qua linh kiện bảo vệ >>> điện áp trên tải không những tăng mà có thể giảm đi >>> tải được bảo vệ. Mỗi linh kiện có một ngưỡng cố định ngay từ khi sản xuất. Do đó, khi thay đổi mức điện áp cần bảo vệ, ta buộc phải mua linh kiện mới, có giá trị tương ứng. Sau đây, ta sẽ xem xét từng loại linh kiện: ★ Varistor: Varistor còn được gọi là voltage-dependent resistor (VDR) tức là "điện trở có giá trị thay đổi theo điện áp". Varistor có cấu trúc bao gồm một khối vật liệu đặc biệt nằm giữa 2 bản cực kim loại. Khối vật liệu này có điện trở không cố định mà thay đổi theo hiệu điện áp trên 2 bản cực. Tại điện áp thấp, điện trở này khá lớn nên dòng điện chảy qua khối vật liệu là không đáng kể. Khi điện áp tăng lên, điện trở của khối này giảm dần và càng giảm mạnh khi điện áp có xu hướng tăng hơn nữa. Kết quả là sự quá áp tại đầu vào chỉ gây nên sự tăng dòng điện chảy qua varistor còn điện áp trên varistor (cũng là điện áp trên tải) bị ghim lại. Nếu mức ghim được chọn dưới ngưỡng gây hỏng tải, tải sẽ được bảo vệ. Ưu điểm của việc sử dụng varistor là tốc độ đáp ứng rất cao nên bảo vệ nhanh như điện. Varistor là linh kiện không phân cực nên có thể bảo vệ cho cả tải AC lẫn mạch điện DC. Điện áp bảo vệ của varistor cũng rất phong phú từ vài chục vôn đến hàng nghìn vôn. Vấn đề chính đối với varistor là tuổi thọ. Vì hoạt động theo kiểu ngắn mạch (= I lớn) các điện áp lớn (= U lớn), một khi đã "ra tay", varistor thường phải giải phóng một công suất cực lớn (P = U x I) và khối vật liệu trong varistor sẽ bị hỏng dần từng phần. Tốc độ "dần từng phần" phụ thuộc vào mức quá áp và thời gian. Giống như một thanh kiếm, varistor có thể cắt ngọt một xung cao áp đơn lẻ mà ko bị mẻ. Nhưng nếu rất nhiều xung xuất hiện liên tiếp, thậm chí là dính liền với nhau như một khối thì varistor sẽ vẫn cắt nhưng bị hư hại tương đối. Và tất nhiên khi gặp một khối đủ lớn, varistor sẽ... gãy kiếm. Do đó, một khi đã sử dụng varistor, các nhà sản xuất thường nối thêm 1 chiếc cầu chì để bảo vệ cho tải và chính... varistor. Varistor sẽ cắt ngay lập tức quá áp trên tải và duy trì bảo vệ cho đến khi cầu chì đứt (vốn chậm chạp). Vậy là tải sẽ an toàn trong mọi tình huống ngoại trừ... sét. Nếu sét đánh trực tiếp, nhiều khả năng là cả cầu chì, varistor, và tải đều toi tức khắc, không ông nào kịp bảo vệ ông nào. Vậy khi chọn varistor ta cần chú ý điều gì? Câu trả lời là: 1) ta nên chọn loại có điện áp bảo vệ đủ lớn. Việc này đảm bảo varistor chỉ cắt các xung điện áp quá cao (gây hại cho tải) còn các xung thấp hơn (ít hại) thì... thôi kệ. Tức là chỉ chém khi thực sự cần, đảm bảo tuổi thọ cho lưỡi kiếm; 2) ta nên chọn varistor càng lớn (về kích thước) càng tốt. Varistor càng to thường là thanh kiếm to nên tuổi thọ sẽ dài. Tất nhiên công nghệ chế tạo cũng là một vấn đề nhưng đã liên quan đến công suất lớn thì nên to. Nếu chỉ mua được varistor nhỏ thì ta có thể mắc song song nhiều varistor cũng tốt. Mức điện áp bảo vệ ko thay đổi nhưng độ an toàn và tuổi thọ mạch bảo vệ sẽ được tăng cường. Tổng kết và gợi ý cách sử dụng - .......................... - AudioNga - P/S: Thỉnh thoảng, khi có thời gian, em sẽ post một bài kiểu như thế này để chia sẻ những gì mà em nghĩ là có thể giúp ích cho anh em. Thông tin trong mỗi bài về cơ bản là tương đối hoàn chỉnh nhưng thỉnh thoảng có thể sẽ được chỉnh sửa để hoàn thiện thêm. Nội dung bài viết về cơ bản là kiến thức và cảm nhận của cá nhân em nên có thể không chuẩn xác và khách quan 100%. Nếu bác nào thấy có điểm chưa chuẩn hoặc cần bổ xung thì pm cho em để em cân nhắc việc gá thêm vào. Khi đó, đoạn các bác viết sẽ được ghi rõ tác giả để tri ân người viết về tình và ko vi phạm bản quyền về lý .
