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Name : 鐘啟鵬
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電源是將其它形式的能轉換成電能的裝置。
電源自“磁生電”原理,由水力、風力、海潮、水壩水壓差、太陽能等可再生能源,及燒煤炭、油渣等產生電力來源。
常見的電源是干電池(直流電)與家用的110V-220V 交流電源。
優質的電源一般具有FCC、美國UL和中國長城等多國認證標志。這些認證是認證機構根據行業內技術規范對電源制定的專業標準,包括生產流程、電磁干擾、安全保護等,凡是符合一定指標的產品在申報認證通過后,才能在包裝和產品表面使用認證標志,具有一定的性。
編輯
發電機能把機械能轉換成電能,干電池能把化學能轉換成電能。發電機、電池本身并不帶電,它的兩極分別有正負電荷,由正負電荷產生電壓(電流是電荷在電壓的作用下定向移動而形成的),電荷導體里本來就有,要產生電流只需要加上電壓即可,當電池兩極接上導體時為了產生電流而把正負電荷釋放出去,當電荷散盡時,也就荷盡流(壓)消了。干電池等叫做電源。通過變壓器和整流器,把交流電變成直流電的裝置叫做整流電源。能提供信號的電子設備叫做信號源。晶體三極管能把前面送來的信號加以放大,又把放大了的信號傳送到后面的電路中去。晶體三極管對后面的電路來說,也可以看做是信號源。整流電源、信號源有時也叫做電源。
電源是向電子設備提供功率的裝置,也稱電源供應器,它提供計算機中所有部件所需要的電能。電源功率的大小,電流和電壓是否穩定,將直接影響計算機的工作性能和使用壽命。
計算機電源是一種安裝在主機箱內的封閉式獨立部件,它的作用是將交流電通過一個開關電源變壓器換為5V,-5V,+12V,-12V,+3.3V等穩定的直流電,以供應主機箱內系統版,軟盤,硬盤驅動及各種適配器擴展卡等系統部件使用。通俗來講就是,一個電源壞了,另一個備份電源代替其供電??梢酝ㄟ^為節點和磁盤提供電池后援來增強硬件的可用性。HP 支持的不間斷電源(UPS),如 HP PowerTrust,可提防瞬間掉電。磁盤與供電電路的連接方式應使鏡像副本分別連接到不同的電源上。根磁盤與其相應的節點應由同一電源電路供電。特別是,群集鎖磁盤(當重組群集時用作仲裁器)應該有冗余電源,或者,它能由群集中節點之外的電源供電。HP 代表可提供關于群集的電源、磁盤和 LAN 硬件布局方面的詳細信息。目前許多磁盤陣列和其他架裝系統含有多個電源輸入,它們應部署為設備上的不同電源輸入連接到帶有兩個或三個電源輸入的獨立電路設備上,這樣,一般情況下,只要出現故障的電路不超過一個,系統就能繼續正常運行。因此,如果群集中的所有硬件有2個或3個電源輸入,則要求至少有三個獨立的電路,以確保群集的電路設計中沒有單點故障。發電機能把機械能轉換成電能,干電池能把化學能轉換成電能。發電機、電池本身并不帶電,它的兩極分別有正負電荷,由正負電荷產生電壓(電流是電荷在電壓的作用下定向移動而形成的),電荷導體里本來就有,要產生電流只需要加上電壓即可,當電池兩極接上導體時為了產生電流而把正負電荷釋放出去,當電荷散盡時,也就荷盡流(壓)消了。干電池等叫做電源。通過變壓器和整流器,把交流電變成直流電的裝置叫做整流電源。能提供信號的電子設備叫做信號源。晶體三極管能把前面送來的信號加以放大,又把放大了的信號傳送到后面的電路中去。晶體三極管對后面的電路來說,也可以看做是信號源。整流電源、信號源有時也叫做電源。
開關電源的工作過程相當容易理解,在線性電源中,讓功率晶體管工作在線性模式,與線性電源不同的是,PWM開關電源是讓功率晶體管工作在導通和關斷的狀態,在這兩種狀態中,加在功率晶體管上的伏-安乘積是很小的(在導通時,電壓低,電流大;關斷時,電壓高,電流?。?功率器件上的伏安乘積就是功率半導體器件上所產生的損耗。
與線性電源相比,PWM開關電源更為有效的工作過程是通過“斬波”,即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來實現的。 脈沖的占空比由開關電源的控制器來調節。一旦輸入電壓被斬成交流方波,其幅值就可以通過變壓器來升高或降低。通過增加變壓器的二次繞組數就可以增加輸出的電壓值。后這些交流波形經過整流濾波后就得到直流輸出電壓。
控制器的主要目的是保持輸出電壓穩定,其工作過程與線性形式的控制器很類似。也就是說控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器,可以設計成與線性調節器相同。他們的不同之處在于,誤差放大器的輸出(誤差電壓)在驅動功率管之前要經過一個電壓/脈沖寬度轉換單元。開關電源有兩種主要的工作方式:正激式變換和升壓式變換。盡管它們各部分的布置差別很小,但是工作過程相差很大,在特定的應用場合下各有優點。
又可細分為:開關電源、逆變電源、交流穩壓電源、直流穩壓電源、DC/DC電源、通信電源、模塊電源、變頻電源、UPS電源、EPS應急電源、凈化電源、PC電源、整流電源、定制電源、加熱電源、焊接電源/電弧電源、電鍍電源、網絡電源、電力操作電源、適配器電源、線性電源、電源控制器/驅動器、功率電源、其他普通電源、逆變電源、參數電源、調壓電源、變壓器電源。
特種電源又可細分為:岸電電源、安防電源、高壓電源、醫療電源、軍用電源、航空航天電源、激光電源、其他特種電源。
特種電源即特殊種類的電源。所謂特殊主要是由于衡量電源的技術指標要求不同于常用的電源,其主要是輸出電壓特別高,輸出電流特別大,或者對穩定度、動態響應及紋波要求特別高,或者要求電源輸出的電壓或電流是脈沖或其它一些要求。這就使得在設計及生產此類電源時有比普通電源有更特殊甚至更嚴格的要求。特種電源一般是為特殊負載或場合要求而設計的,它的應用十分廣泛。主要有:電鍍電解、陽極氧化、感應加熱、醫療設備、電力操作、電力試驗、環保除塵、空氣凈化、食品滅菌、激光紅外、光電顯示等。而在國防及軍事上,特種電源更有普通電源不可取代的用途,主要用于:雷達導航、高能物理、等離子體物理及核技術研究等。
1、雷達發射機用的高壓電源
在現代雷達發射機中,用行波管(TWT)作為微波功率放大器件占有很大的比例,作為高功率部分,它的可靠性與技術指標如何,對雷達發射機乃至整個雷達有著直接的影響。而支撐著行波管的高壓電源(系統)更顯得至為重要。開關電源技術作為一種高頻、高效電力電子技術,隨著電子元器件、產品的不斷更新,大功率器件的更新換代,大功率開關電源技術得到了發展。雷達行波管用高壓開關電源,可采用全橋諧振PWM調制方式,大功率開關器件采用良好的IGBT模塊及良好可靠的驅動電路,使得電源的整體性能良好,穩定度好,并且具有各種保護功能。
工作原理:將50Hz三相380V通過電網濾波器,經整流及濾波得到500多伏的直流電壓,供給串聯諧振變換器。由于本電源輸出高達20kV,為了減輕變壓器的設計難度以及減小高壓整流二極管的耐壓值、提高電源的可靠性,采用變壓器兩個次級分別全橋整流,然后疊加輸出。全橋變換器由四個IGBT、一個高頻變壓器及整流電路組成。控制電路提供兩對彼此絕緣、相位相差180°的脈沖輸入到IGBT驅動電路,控制IGBT的通斷。將直流電壓變換成為交變的20kHz脈沖電壓,經變壓器及全橋整流和濾波電路,得到幾十kV的電壓。
2、電子束焊機用大功率高壓電源
電子束焊接因具有不用焊條、不易氧化、工藝重復性好及熱變形量小的優點而廣泛應用于航空航天、原子能、國防及軍工、汽車和電氣電工儀表等眾多行業。電子束焊接的基本原理是電子槍中的陰極由于直接或間接加熱而發射電子,該電子在高壓靜電場的加速下通過電磁場的聚焦就可以形成能量密度*的電子束,用此電子束去轟擊工件,巨大的動能轉化為熱量,使焊接處工件熔化,形成熔池,從而實現對工件的焊接。
高壓電源是設備的關鍵技術之一,它主要為電子槍提供加速電壓,其性能好壞直接決定電子束焊接工藝和焊接質量。電子束焊機用高壓電源與其它類型的高壓電源相比,具有不同的技術特性,技術要求主要為紋波系數和穩定度,紋波系數要求小于1%,穩定度為±1%,甚至紋波系數小于0.5%,穩定度為±0.5%,同時重復性要求小于0.5%。以上要求均根據電子束斑和焊接工藝所決定。電子束焊機用高壓電源的操作是必須與有關系統進行連鎖保護,主要有真空連鎖、陰極連鎖、閘閥連鎖、聚焦連鎖等,以確保設備和人身安全。高壓電源必須符合EMC標準,具有軟起動功能,防止突然合閘對電源的沖擊。
這種電源由于功率大(達30kW),輸出電壓高(150kV),工作頻率較高(20kHz),而對穩定精度、紋波及電壓調節率均有較高的要求。選用良好的三相全控可控整流技術、大功率高頻逆變器,用新型功率器件IGBT作為功率開關。三相全控可控整流和逆變器各自采用獨立的控制板,IGBT驅動采用進口厚膜驅動電路,加上輸入電網濾波器和平波電抗器及電容組成的濾波電路。使電源的功率變換部分具有較好的技術良好性和良好的功率變換性。
高壓部分:高壓變壓器磁芯采用的非晶態材料,采用*的高頻高壓繞制工藝,雙高壓變壓器疊加工作。良好的整流和合理的倍壓電路以及高壓均壓技術保證高壓電源的高壓部分穩定可靠,反饋及高壓指示信號用精密的分壓器,由高壓輸出端直接采樣,保證電源有很高的穩壓精度、電壓調整率和準確可信的高壓測量精度。采用合理的高壓濾波技術,保證電源有良好的紋波。高壓部分放在一個油箱內。
3、高壓脈沖電源
在雷達導航設備中,其發射部分一般都需要一高電壓、窄脈沖、不同重復頻率的強功率脈沖源。這種強功率脈沖源一般通過一個高壓電源將市電升為幾千伏至幾十千伏直流高壓,然后由一個調制器將直流高壓調制為所需脈寬及頻率的脈沖源以供發射管使用。
脈沖源主要由高壓電源及調制器部分組成,高壓電源采用開關穩壓電源,調制器采用半導體器件的固態調制器。
使用方給出的觸發脈沖是TTL電平的信號,應在輸入隔離變壓器前增加接口電路,此接口電路一是為了預放大TTL脈沖信號,二是為了與隔離變壓器匹配。為了達到隔離的目的,使用方可提供此接口電路的電源,制造方只需提出電源需求并在電路中設計相應的變換、濾波電路即可。
觸發脈沖經過脈沖變壓器隔離后經過預調器脈沖整形,功率放大后去觸發調制板和截尾板工作。由預調器產生的激勵脈沖經過變壓器隔離去驅動調制板的每一只場效應管,此時調制板導通高壓電源送到微波三極管的陽極,微波三極管的陰極電子開始發射,微波三極管將送入輸入端的小功率高頻信號放大成大功率的高頻信號。當脈沖結束時,由預調器產生的截尾脈沖去觸發截尾板,截尾板導通后將微波三極管的分布電容釋放,所以可以得到很好的脈沖后沿。
電源IC 種類繁多,共同特點有:
工作電壓低:一般的工作電壓為3.0~3.6V。有一些工作電壓更低,如2.0、2.5、2.7V 等;也有一些工作電壓為5V,還有少數12V 或28V 的特殊用途的電壓源。
工作電流小:從幾毫安到幾安都有,但由于大多數嵌入式電子產品的工作電流小于300mA,所以30~300mA 的電源IC在品種及數量上占較大的比例。
封裝尺寸?。?/strong>近年來發展的便攜式產品都采用貼片式器件,電源IC 也不例外,主要有SO 封裝、SOT-23 封裝,μMAX 封裝及封裝尺寸小的SC-70 及的SMD 封裝等,使電源占的空間越來越小。
完善的保護措施:新型電源IC 有完善的保護措施,這包括:輸出過流限制、過熱保護、短路保護及電池極性接反保護,使電源工作安全可靠,不易損壞。
耗電小及關閉電源功能:新型電源IC 的靜態電流都較小,一般為幾十μA 到幾百μA。個別微功耗的線性穩壓器其靜態電流僅1.1μA。另外,不少電源IC 有關閉電源控制端功能(用電平來控制),在關閉電源狀態時IC 自身耗電在1μA 左右。由于它可使一部分電路不工作,可大大節省電能。例如,在無線通信設備上,在發送狀態時可關閉接收電路;在未接收到信號時可關閉顯示電路等。
有電源工作狀態信號輸出:不少便攜式電子產品中有單片機,在電源因過熱或電池低電壓而使輸出電壓下降一定百分數時,電源IC 有一個電源工作狀態信號輸給單片機,使單片機復位。利用這個信號也可以做成電源工作狀態指示(當電池低電壓時,有LED 顯示)。
輸出電壓精度高:一般的輸出電壓精度為±2~4%之間,有不少新型電源IC 的精度可達±0.5~±1%;并且輸出電壓溫度系數較小,一般為±0.3~±0.5mV/℃,而有一些可達到±0.1mV/℃的水平。線性調整率一般為0.05%~0.1%/V,有的可達0.01%/V;負載調整率一般為0.3~0.5%/mA,有的可達0.01%/mA。
新型組合式電源IC:升壓式DC/DC 變換器的效率高但紋波及噪聲電壓較大,低壓差線性穩壓器效率低但噪聲小,這兩者結合組成的雙輸出電源IC 可較好地解決效率及噪聲的問題。例如,數字電路部分采用升壓式DC/DC 變換器電源而對噪聲敏感的電路采用LDO 電源。這種電源IC 有MAX710/711,MAX1705/1706 等。另一種例子是電荷泵+LDO 組成,輸出穩壓的電荷泵電源IC,例如MAX868,它可輸出0~-2VIN 可調的穩定電壓,并可提供30mA 電流;MAX1673穩壓型電荷泵電源IC 輸出與VIN 相同的負壓,輸出電流可達125mA。
能夠提供一個穩定電壓和頻率的電源稱交流穩定電源。國內多數廠家所做的工作是交流電壓穩定。下面結合市場有的交流穩壓電源簡述其分類特點。
參數調整(諧振)型
這類穩壓電源,穩壓的基本原理是LC串聯諧振,早期出現的磁飽和型穩壓器就屬于這一類。它的優點是結構簡單,無眾多的元器件,可靠性相當高穩壓范圍相當寬,抗干擾和抗過載能力強.缺點是能耗大、噪聲大、笨重且造價高。
在磁飽和原理的基礎上的發育進形成的參數穩壓器和我國50年代已流行的“磁放大器調整型電子交流穩壓器”(即614型)均屬此類原理的交流穩壓器。
自耦(變比)調整型
1、機械調壓型,即以伺服電機帶動炭刷在自耦變壓器的的繞組滑動面上移動,改變Vo對Vi的比值,以實現輸出電壓的調整和穩定。該種穩壓器可以從幾百瓦到幾千瓦。它的特點是結構簡單,造價低,輸出波形失真??;但由于炭刷滑動接點易產生電火花,造成電刷損壞以至燒毀而失效;且電壓調整速度慢。
2、改變抽頭型,將自耦變壓器做成多個固定抽頭,通過繼電器或可控硅(固態繼電器)做為開關器10件,自動改變抽頭位置,從而實現輸出電壓的穩定。
該種型穩壓器優點是電路簡單,穩壓范圍寬(130V-280V),效率高(≥95%),價格低。而缺點是穩壓精度低(±8~10%)工作壽命短,它適用于家庭給空調器供電。
大功率補償型——凈化型穩壓器(含精密型穩壓器)
它用補償環節實現輸出電壓的穩定,易實現微機控制。
它的優點是抗干擾性能好,穩壓精度高(≤±1%)、響應快(40~60ms)、電路簡單、工作可靠。缺點是:帶計算機,程控交換機等非線性負載時有低頻振蕩現象;輸入側電流失真度大,源功率因數較低;輸出電壓對輸入電壓有相移。對抗干擾功能要求較高的單位,在城市里應用為宜,計算機供電時,必須選用計算機總功率的2-3倍左右穩壓器來使用。因具有穩壓、抗干擾,響應速度快、價格適中等優點,所以應用廣泛。
開關型交流穩壓電源
它應用于高頻脈寬調制技術,與一般開關電源的區別是它的輸出量必須是與輸入側同上頻、同相的交流電壓。它的輸出電壓波型有準方波、梯型波、正弦波等,市場上的不間斷電源(UPS)抽掉其中的蓄電源和充電器,就是一臺開關型交流穩壓電源的穩壓性好,控制功能強,易于實現智能化,是非常具有前途的交流穩壓電源。但因其電路復雜,價格較高,所以推廣較慢。
直流穩定電源按習慣可分為化學電源,線性穩定電源和開關型穩定電源,它們又分別具有各種不同類型:
化學電源
平常所用的干電池、鉛酸蓄電池、鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池均屬于這一類,各有其優缺點。隨著科學技術的發展,又產生了智能化電池;在充電電池材料方面,美國研制人員發現錳的一種碘化物,用它可以制造出便宜、小巧、放電時間長,多次充電后仍保持性能良好的環保型充電電池。
線性穩定電源
線性穩定電源有一個共同的特點就是它的功率器件調整管工作在線性區,靠調整管之間的電壓降來穩定輸出。由于調整管靜態損耗大,需要安裝一個很大的散熱器給它散熱。而且由于變壓器工作在工頻(50Hz)上,所以重量較大。
該類電源優點是穩定性高,紋波小,可靠性高,易做成多路,輸出連續可調的成品。缺點是體積大、較笨重、效率相對較低。這類穩定電源又有很多種,從輸出性質可分為穩壓電源和穩流電源及集穩壓、穩流于一身的穩壓穩流(雙穩)電源。從輸出值來看可分定點輸出電源、波段開關調整式和電位器連續可調式幾種。從輸出指示上可分指針指示型和數字顯示式型等等。
開關型直流穩壓電源
與線性穩壓電源不同的一類穩電源就是開關型直流穩壓電源,它的電路型式主要有單端反激式,單端正激式、半橋式、推挽式和全橋式。它和線性電源的根本區別在于它變壓器不工作在工頻而是工作在幾十千赫茲到幾兆赫茲。功能管不是工作在飽和就是截止區即開關狀態;開關電源因此而得名。
開關電源的優點是體積小,重量輕,穩定可靠;缺點相對于線性電源來說紋波較大(一般≤1%VO(P-P),好的可做到十幾mV(P-P)或更小)。它的功率可自幾瓦-幾千瓦均有產品。價位為3元-十幾萬元/瓦,下面就一般習慣分類介紹幾種開關電源:
1、AC/DC電源
該類電源也稱一次電源——AC是交流,DC是直流,它自電網取得能量,經過高壓整流濾波得到一個直流高壓,供DC/DC變換器在輸出端獲得一個或幾個穩定的直流電壓,功率從幾瓦-幾千瓦均有產品,用于不同場合。屬此類產品的規格型號繁多,據用戶需要而定通信電源中的一次電源(AC220輸入,DC48V或24V輸出)也屬此類.
2、DC/DC電源
在通信系統中也稱二次電源,它是由一次電源或直流電池組提供一個直流輸入電壓,經DC/DC變換以后在輸出端獲一個或幾個直流電壓。
3、通信電源
通信電源其實質上就是DC/DC變換器式電源,只是它一般以直流-48V或-24V供電,并用后備電池作DC供電的備份,將DC的供電電壓變換成電路的工作電壓,一般它又分中央供電、分層供電和單板供電三種,以后者可靠性高。
4、電臺電源
電臺電源輸入AC220V/110V,輸出DC13.8V,功率由所供電臺功率而定,幾安幾百安均有產品.為防止AC電網斷電影響電臺工作,而需要有電池組作為備份,所以此類電源除輸出一個13.8V直流電壓外,還具有對電池充電自動轉換功能。
5、模塊電源
隨著科學技術飛速發展,對電源可靠性、容量/體積比要求越來越高,模塊電源越來越顯示其*性,它工作頻率高、體積小、可靠性高,便于安裝和組合擴容,所以越來越被廣泛采用。目前,目前國內雖有相應模塊生產,但因生產工藝未能趕上水平,故障率較高。
DC/DC模塊電源目前雖然成本較高,但從產品的漫長的應用周期的整體成本來看,特別是因系統故障而導致的高昂的維修成本及商譽損失來看,選用該電源模塊還是合算的,在此還值得一提的是羅氏變換器電路,它的突出優點是電路結構簡單,效率高和輸出電壓、電流的紋波值接近于零。
6、特種電源
高電壓小電流電源、大電流電源、400Hz輸入的AC/DC電源等,可歸于此類,可根據特殊需要選用。開關電源的價位一般在2-8元/瓦特殊小功率和大功率電源價格稍高,可達11-13元/瓦。
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