Cấu tạo nguồn xung máy tính và nguyên lý hoạt động

Bộ nguồn là hộp kim loại ít ai để ý, cho đến khi máy tính không lên. Hiểu cấu tạo nguồn máy tính giúp bạn đọc đúng các dấu hiệu hỏng, hiểu vì sao kỹ thuật viên nói "chết mosfet", "đứt cầu chì" hay "hỏng nguồn phụ", và biết vì sao không nên tự mở nguồn. Nguồn máy tính hiện nay đều là nguồn xung (SMPS): thay vì dùng biến áp sắt to nặng, nó chỉnh lưu điện lưới thành điện một chiều cao áp rồi đóng cắt ở tần số cao qua một biến áp nhỏ, cho hiệu suất cao và kích thước gọn.

Bài viết này đi lần lượt qua các khối trong nguồn máy tính theo đường đi của dòng điện, từ ổ cắm đến giắc 24 pin, kèm những lỗi thường gặp ở từng khối mà kỹ thuật viên Thần Vũ gặp hằng ngày tại xưởng Long Biên.

Khối lọc EMI và chỉnh lưu đầu vào

Khi tìm hiểu cấu tạo nguồn máy tính, cách dễ nhất là đi theo đường của dòng điện. Dòng điện từ ổ cắm đi vào nguồn qua công tắc và giắc AC, rồi gặp ngay cầu chì. Cầu chì là chốt chặn cuối cùng: khi phía sau có linh kiện chập (thường là mosfet hoặc cầu diode), dòng tăng vọt và cầu chì đứt để tránh cháy lan. Cầu chì đứt đen gần như luôn báo hiệu có linh kiện chập bên trong, chi tiết xem bài nguồn máy tính nổ cầu chì.

Bộ lọc EMI

Ngay sau cầu chì là bộ lọc nhiễu EMI gồm cuộn lọc common mode, tụ X (nối giữa hai dây pha, trung tính) và tụ Y (nối xuống vỏ). Bộ lọc này có hai nhiệm vụ: chặn nhiễu từ lưới vào nguồn và chặn nhiễu đóng cắt tần số cao của nguồn đi ngược ra lưới làm ảnh hưởng thiết bị khác. Nhiều nguồn giá rẻ cắt bớt bộ lọc này để giảm chi phí.

NTC và cầu diode

Điện trở nhiệt NTC hạn chế dòng khởi động lớn lúc cắm điện, khi tụ lọc chính còn trống. Khi nguồn ấm lên, điện trở NTC giảm để không gây tổn hao. Nguồn tốt còn dùng rơ-le để nối tắt NTC sau khi khởi động. Tiếp theo là cầu diode chỉnh lưu điện xoay chiều thành điện một chiều nhấp nhô. Cầu diode thường gắn trên tản nhiệt, khi bị chập sẽ làm đứt cầu chì ngay lập tức, vì vậy khi thấy cầu chì đứt đen, kỹ thuật viên luôn đo cầu diode đầu tiên.

Khối PFC và tụ lọc chính

Nếu chỉ chỉnh lưu rồi nạp thẳng vào tụ, nguồn sẽ hút dòng theo từng xung nhọn ở đỉnh sóng điện lưới, làm hệ số công suất thấp và gây méo lưới. Khối PFC (hiệu chỉnh hệ số công suất) giải quyết việc này.

• PFC thụ động: dùng một cuộn cảm lớn, nặng. Nguồn loại này thường có công tắc chọn 115V/230V ở phía sau.
• PFC chủ động (APFC): dùng cuộn cảm, mosfet PFC, diode PFC và IC điều khiển để đóng cắt, ép dòng điện đầu vào bám theo hình sin. Đầu ra của APFC là điện áp một chiều ổn định khoảng 380 đến 400V, cho phép nguồn chạy với dải điện áp lưới rộng.

Sau PFC là tụ lọc chính (tụ lọc cao áp), tụ hóa lớn nhất trong nguồn, thường ghi điện áp 400V hoặc 450V. Tụ này tích trữ năng lượng để giữ điện áp khi lưới chập chờn trong khoảnh khắc ngắn.

Cảnh báo an toàn: tụ lọc chính có thể giữ điện áp trên 300V trong thời gian dài sau khi rút điện, nhất là khi nguồn đã hỏng và mạch xả không hoạt động. Chạm vào chân tụ có thể gây giật mạnh. Người không chuyên tuyệt đối không mở vỏ nguồn.

Khối công suất, biến áp và chỉnh lưu thứ cấp

Đây là trái tim của nguyên lý nguồn xung. Điện áp cao áp một chiều từ tụ lọc chính được các mosfet công suất đóng cắt ở tần số hàng chục đến hàng trăm kHz, tạo thành xung đưa vào cuộn sơ cấp của biến áp xung. Vì tần số cao, biến áp chỉ cần lõi ferrite nhỏ mà vẫn truyền được công suất lớn, đồng thời cách ly điện lưới với phía đầu ra.

Các kiểu mạch công suất

• Half-bridge, two-transistor forward: phổ biến ở nguồn phổ thông.
• LLC cộng hưởng: dùng ở nguồn hiệu suất cao, mosfet đóng cắt mềm nên ít nóng, ít nhiễu.

IC PWM (hoặc IC điều khiển LLC) quyết định độ rộng xung hoặc tần số đóng cắt, dựa vào tín hiệu phản hồi từ đầu ra qua opto và TL431 để giữ điện áp ổn định khi tải thay đổi.

Chỉnh lưu thứ cấp

Ở phía thứ cấp, xung từ biến áp được chỉnh lưu bằng diode Schottky (nguồn phổ thông) hoặc mosfet chỉnh lưu đồng bộ (nguồn cao cấp), rồi lọc bằng cuộn cảm và tụ hóa thứ cấp để ra +12V, +5V, +3.3V phẳng. Nguồn hiện đại thường chỉ tạo đường +12V chính, sau đó dùng bộ chuyển đổi DC-DC hạ xuống 5V và 3.3V, giúp điện áp ổn định hơn. Diode thứ cấp rò hoặc chập là lỗi rất hay gặp, chi tiết trong bài nguồn máy tính chết diode xung.

Khối	Linh kiện chính	Lỗi thường gặp
Đầu vào	Cầu chì, NTC, lọc EMI, cầu diode	Đứt cầu chì, nứt NTC, chập cầu diode
PFC	Cuộn PFC, mosfet PFC, diode PFC, tụ lọc chính	Chập mosfet, phồng tụ lọc chính
Công suất	Mosfet, biến áp, IC PWM/LLC	Chập mosfet, hỏng IC điều khiển
Thứ cấp	Diode Schottky, cuộn lọc, tụ hóa thứ cấp	Rò diode, phồng tụ, ripple cao
Nguồn phụ	IC 5VSB, biến áp nhỏ, opto	Mất 5VSB, máy không nhận nút bật

Nguồn phụ, IC giám sát và mạch bảo vệ

Nguồn phụ (standby) là một nguồn xung nhỏ độc lập, chạy ngay khi cắm điện để tạo đường 5VSB (dây tím). Nó nuôi mainboard ở chế độ chờ: nhận nút nguồn, Wake on LAN, sạc USB khi tắt máy. Ở nhiều nguồn, nguồn phụ còn cấp điện nuôi IC PWM của khối chính. Vì vậy khi IC 5VSB hỏng, máy bấm không có phản ứng gì, dù khối chính còn tốt.

IC giám sát theo dõi các đường điện áp và dòng tải, phát tín hiệu PWR_OK (dây xám) cho mainboard khi mọi thứ ổn định. Khi phát hiện bất thường, nó ngắt nguồn chính qua các chức năng bảo vệ:

• OVP, UVP: quá áp, thấp áp.
• OCP: quá dòng trên từng đường.
• OPP: quá công suất tổng.
• SCP: ngắn mạch đầu ra.
• OTP: quá nhiệt, thường dùng cảm biến nhiệt gắn trên tản nhiệt thứ cấp.

Cuối cùng là quạt, nhiều nguồn có mạch điều tốc theo nhiệt độ. Quạt hỏng làm nhiệt tăng, khiến tụ khô nhanh và mạch bảo vệ quá nhiệt kích hoạt.

Tóm tắt cấu tạo nguồn máy tính và lời khuyên từ kỹ thuật viên

Tóm lại, cấu tạo nguồn máy tính gồm chuỗi khối nối tiếp: lọc EMI, chỉnh lưu, PFC, tụ lọc chính, khối công suất với mosfet và biến áp, chỉnh lưu thứ cấp, cùng nguồn phụ và mạch bảo vệ chạy song song. Một linh kiện hỏng ở khối trước có thể kéo theo hỏng ở khối sau, vì thế sửa nguồn đúng cách là kiểm tra theo cả chuỗi chứ không chỉ thay một linh kiện cháy.

Biết các khối trong nguồn máy tính cũng giúp bạn chọn nguồn tốt khi mua: nguồn có lọc EMI đầy đủ, APFC, tụ chất lượng, đủ mạch bảo vệ. Nếu nguồn đã hỏng và bạn đang phân vân, bài sửa hay thay nguồn mới sẽ giúp bạn quyết định.

Khi nào nên mang nguồn đến Thần Vũ kiểm tra

• Nguồn không có 5VSB, bấm nút máy không có phản ứng.
• Có tiếng nổ, mùi khét, cầu dao nhảy khi cắm nguồn.
• Máy chạy chập chờn, treo, tự khởi động lại khi tải nặng.
• Quạt nguồn kêu to, nguồn nóng bất thường.

Tại Thần Vũ, kỹ thuật viên xả tụ an toàn, kiểm tra theo từng khối, đo linh kiện, báo giá trước khi sửa. Sau sửa, nguồn được test tải và có bảo hành. Thần Vũ nhận sửa nguồn máy tính mọi hãng, mọi công suất, kể cả nguồn server. Liên hệ hotline 0965.305.158 hoặc Zalo 0983.504.555.

Câu hỏi thường gặp về cấu tạo nguồn xung

Vì sao trong nguồn có hai tản nhiệt nhôm lớn?

Một tản nhiệt nằm ở phía sơ cấp, giữ cầu diode, mosfet PFC, diode PFC và mosfet công suất. Tản nhiệt còn lại nằm ở phía thứ cấp, giữ diode Schottky hoặc mosfet chỉnh lưu đồng bộ. Hai phía này cách ly với nhau qua biến áp, nên tản nhiệt sơ cấp có thể mang điện áp cao, không được chạm vào khi nguồn đang chạy hoặc vừa tắt.

Nguồn modular có cấu tạo khác không?

Phần mạch bên trong giống nguồn thường. Khác biệt là các đầu ra được đưa ra một bảng mạch giắc cắm phía sau, thường có thêm tụ lọc và bộ DC-DC. Nguồn modular cần dùng đúng dây của chính hãng nguồn đó vì sơ đồ chân giữa các hãng khác nhau.

Vì sao nguồn tốt thường dùng tụ Nhật?

Tụ hóa là linh kiện lão hóa nhanh nhất trong cấu tạo nguồn máy tính. Tụ chịu nhiệt cao, chất lượng ổn định giúp ripple thấp lâu dài và nguồn bền hơn. Khi sửa, Thần Vũ ưu tiên thay tụ có thông số tương đương hoặc tốt hơn bản gốc.

Nguồn SFX nhỏ gọn có các khối giống nguồn ATX không?

Có, đầy đủ các khối như trên nhưng được sắp xếp dày đặc hơn, thường dùng nhiều bo mạch con đứng. Vì không gian chật, nhiệt độ bên trong cao hơn, nên vệ sinh và quạt càng quan trọng.

Sai lầm phổ biến người dùng hay mắc

• Nghĩ rằng rút điện là an toàn: tụ lọc chính vẫn có thể giữ điện áp nguy hiểm.
• Thay cầu chì mà không tìm linh kiện chập: cầu chì mới sẽ đứt tiếp, thậm chí nổ to hơn.
• Gạt sai công tắc 115V/230V trên nguồn PFC thụ động: để ở 115V mà cắm điện 220V sẽ làm nổ tụ, cháy linh kiện.
• Đánh giá nguồn qua trọng lượng: nguồn nặng chưa chắc tốt, nguồn PFC thụ động nặng vì cuộn cảm lớn.
• Bỏ qua quạt kêu: quạt là linh kiện rẻ nhưng hỏng quạt kéo theo hỏng tụ và mosfet.

Ca thực tế tại Thần Vũ

một phòng game ở Gia Lâm có một máy bấm nút không lên, không đèn, không quạt, trong khi các máy khác bình thường. Quản lý mang nguồn đến xưởng, nghĩ là nguồn cháy nặng. Kỹ thuật viên đo đầu ra thì không có 5VSB, cầu chì còn nguyên, tụ lọc chính có điện áp đúng khi cắm điện. Như vậy khối đầu vào và PFC vẫn tốt, lỗi nằm ở nguồn phụ. Sau khi xả tụ và kiểm tra, thấy IC 5VSB bị chết và một tụ hóa nhỏ cấp nguồn nuôi cho IC bị khô. Thay hai linh kiện này, nguồn có lại 5VSB, kích chạy, đo các đường áp ổn định khi tải. Nguồn được giao lại trong ngày, chi phí nhỏ so với thay mới.

Thần Vũ nhận Sửa nguồn máy tính tại Hà Nội, Sửa máy tính tại nhà Hà Nội. Kỹ thuật kiểm tra, báo giá trước khi sửa; nhiều lỗi nguồn thông dụng lấy trong ngày.

Bài viết liên quan

• Nguồn chết diode xung thứ cấp (Schottky): kiểm tra và thay thế
• Nguồn cháy cầu diode chỉnh lưu: cách kiểm tra và thay
• Nguồn máy tính nổ cầu chì: vì sao và có sửa được không
• Nguồn hỏng nên sửa hay mua nguồn mới
• Sửa nguồn máy tính tại Hà Nội

Câu hỏi thường gặp

Nguồn xung khác nguồn biến áp thường thế nào? Nguồn xung chỉnh lưu điện lưới rồi đóng cắt ở tần số cao qua biến áp nhỏ, nên gọn nhẹ và hiệu suất cao. Nguồn biến áp thường dùng biến áp sắt lớn ở tần số lưới, nặng và kém hiệu quả.

Vì sao nguồn đã rút điện vẫn nguy hiểm? Tụ lọc chính có thể giữ điện áp trên 300V sau khi rút điện. Chỉ kỹ thuật viên có dụng cụ xả tụ mới nên mở nguồn.

5VSB là gì và hỏng thì sao? 5VSB là đường điện chờ do nguồn phụ tạo ra. Mất 5VSB thì mainboard không nhận nút bật, máy hoàn toàn không phản ứng.

APFC có quan trọng không? APFC giúp nguồn chạy với dải điện áp rộng, hệ số công suất cao và thường đi kèm thiết kế chất lượng tốt hơn. Đa số nguồn tốt hiện nay đều có APFC.

Hiểu cấu tạo nguồn có giúp tự sửa được không? Giúp hiểu lỗi và trao đổi với kỹ thuật viên, nhưng không nên tự sửa vì nguy cơ điện giật từ tụ cao áp và rủi ro làm hỏng thêm thiết bị.

Mang máy tới xưởng Thần Vũ hoặc gọi thợ tới tận nơi

Nguồn máy tính không lên, chưa rõ hỏng khối nào? Thần Vũ nhận xử lý theo 2 cách, bạn chọn cách tiện nhất:

Bài viết liên quan

• Bảo dưỡng, vệ sinh nguồn máy tính đúng cách
• Những linh kiện hay hỏng nhất trong nguồn máy tính
• Đường 5V, 3.3V của nguồn bị lệch: ảnh hưởng ổ cứng và RAM
• Ổ cứng hay mất nhận, kêu lạch cạch: có phải do nguồn
• Nguồn chết diode xung thứ cấp (Schottky): kiểm tra và thay thế
• Nguồn tự ngắt vì quá nhiệt (OTP): cảm biến hỏng hay nguồn quá nóng
• Nguồn kêu rít cao (coil whine): sửa được không
• Máy tính tốn điện bất thường: nguồn hiệu suất thấp hay hỏng
• Sửa nguồn Thermaltake Smart, Toughpower, Litepower
• Sửa nguồn Xigmatek X-Power, Cerberus, Minotaur