2015-03-25 16:36:24

电源

锁定

常见的电源是干电池(直流电)与家用的110V-220V 交流电源。 电源自“磁生电”原理,由水力、风力、海潮、水坝水压差、太阳能等可再生能源,及烧煤炭、油渣等产生电力来源。

基本信息

  • 中文名

    电源

  • 外文名

    The power supply

  • 常见类型

    干电池、蓄电池、交流电

  • 电极

    电池:正负极  交流电:零火线

  • 常用电压

    1.5V 3V 9V 12V 110V 220V 380V

折叠 ​基本简介

根据输入及输出电压形式的不同,包括:

交流-交流(AC/AC)变换器:变频器、变压器

交流-直流(AC/DC)变换器:整流器

直流-交流(DC/AC)变换器:逆变器

直流-直流(DC/DC)变换器:电压变换器、电流变换器

折叠 基本分类

折叠 直流电源

直流电源(DC power)有正、两个电极正极的电位高,负极的电位低,当两个电极与电路连通后,能够使电路两端之间维持恒定的电位差,从而在外电路中形成由正极到负极的电流。 《中国模块电源行业发展前景预测与投资战略规划分析报告 前瞻》指出单靠水位高低之差不能维持稳恒的水流,而借助于水泵持续地把水由低处送往高处就能维持一定的水位差而形成稳恒的水流。与此类似,单靠电荷所产生的静电场不能维持稳恒的电流,而借助于直流电源,就可以利用非静电作用(简称为“非静电力”)使正电荷由电位较低的负极处经电源内部返回到电位较高的正极处,以维持两个电极之间的电位差,从而形成稳恒的电流。因此,直流电源是一种能量转换装置,它把其他形式的能量转换为电能供给电路,以维持电流的稳恒流动。

折叠 交流电源

交流电源能够提供一个稳定电压和频率的电源称交流稳定电源。目前国内多数厂家所做的工作是交流电压稳定。下面结合市场有的交流稳压电源简述其分类特点。参数调整(谐振)型这类稳压电源,稳压的基本原理是LC串联谐振,早期出现的磁饱和型稳压器就属于这一类.它的优点是:结构简单,无众多的元器件,可靠性相当高稳压范围相当宽,抗干扰和抗过载能力强。缺点是:能耗大、噪声大、笨重且造价高。[3

折叠 基本原理

我们可以把稳压电源想象成为如下的一种情形:当你试图从一个直径较大的自来水管中取出连续不断的且较小的水流时,你可以采用两种策略:一种是使用一个转接阀门,并将阀门开启在较小位置,这就是线性电源的工作原理——(我们可以将阀门看作晶体管)线性电源的电压调整晶体管上承受着很大的“压力”(具体的表现是转换为热量的形式散耗);或者,你可以改进一下,让大水管的水流到一个比较大的“桶”里,小水管连接到这个桶上取水,接着,你需要做的就是断续的打开/关闭大水管上的阀门,保证桶内的水既不会完全没有,也不会因为太多而溢出——开关电源的基本原理就是如此。

折叠 工作原理

开关电源的工作过程相当容易理解,在线性电源中,让功率晶体管工作在线性模式,与线性电源不同的是,PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态,在这两种状态中,加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的(在导通时,电压低,电流大;关断时,电压高,电流小)/功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。

与线性电源相比,PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”,即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。 脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波,其幅值就可以通过变压器来升高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压值。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。 电源伯特图电源伯特图

控制器的主要目的是保持输出电压稳定,其工作过程与线性形式的控制器很类似。也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器,可以设计成与线性调节器相同。他们的不同之处在于,误差放大器的输出(误差电压)在驱动功率管之前要经过一个电压/脉冲宽度转换单元。开关电源有两种主要的工作方式:正激式变换和升压式变换。尽管它们各部分的布置差别很小,但是工作过程相差很大,在特定的应用场合下各有优点。

折叠 类型拓扑

开关电源的拓扑指开关电源电路的构成形式。一般是根据输出地线与输入地线有无电气隔离,分为非隔离及隔离变换器。非隔离即输入端与输出端相通,没有隔离措施,常见的DC/DC变换器大多是这种类型。所谓隔离是指输入端与输出端在电路上不是直接联通的,使用隔离变压器通过电磁变换方式进行能量传递,输入端和输出端之间是完全电气隔离的。通常来说,为了保护使用者的人身安全,使用主要供电(市电)或输入电压高于安全电压(目前公认是36伏特)的开关电源必须是隔离式。

对于开关变换器来说,只有三种基本拓扑形式,即:

Buck(降压)

Boost(升压)

Buck-Boost(升降压)

之所以只有三种基本拓扑形式,是因为电感的连接方式决定了。若电感放置于输出端,则为Buck拓扑;电感放置于输入端,则是Boost拓扑。当电感连接到地时,就是Buck-Boost拓扑。

常见的非隔离型拓扑

Buck   降压斩波电路   输入电压高于输出电压,降压,输出电压极性不变  

Boost   升压斩波电路   输入电压低于输出电压,升压,输出电压极性不变  

Buck-Boost   升降压斩波电路   输出电压可以高于、低于或等于输入电压,输出电压极性反转  

Ćuk      加州理工学院的 Slobodan Ćuk 博士发表的 Buck-Boost 电路的改进形式  

Charge pump   电荷泵   电路简单,不需要电感,使用电容作为输出  

折叠 电源比较

与传统的线性电源相比,开关电源的优势在于效率高(此处的效率可以简单的看作输入功率输出功率之比),加之开关晶体管工作于开关状态,损耗较小,发热较低,不需要体积/重量非常大的散热器,因此体积较小、重量较轻。但开关电源工作时,由于频率较高,会对电网及周围设备造成干扰,因此,必须妥善的处理此问题。

线性电源的优势在于结构相对简单,可靠性相对较高,电流纹波率可以很容易的做到比较低,维修也较为方便。

实际上,现代的电路中,开关电源电路和线性电源电路在大多数情况下,是组合使用的——使用开关电源进行初步的变换,给纹波、精度要求不高的电路使用;同时,使用低压差线性电源电路(LDO)获取精密的、低纹波(噪声)的电压供诸如运算放大器(OP-AMP),模数转换器(A/D Converter)使用。

折叠 控制模式

控制模式是指稳定电压输出的方法。从采样量上可分为电流模式和电压模式,从转移函数上可分为PID和Bang-Bang控制。

电压模式:采样输出电压而进行负反馈的控制模式。

电流模式:采样输入电流和输出电压而进行负反馈的控制模式。

双电压模式:采样输出电压和输入电压进行负反馈的控制模式。

PID控制:采用锯齿波产生器和补偿网络构建的一阶或二阶PID控制系统

Bang-Bang控制:只采用比较器构建的迟滞控制系统。又称为迟滞模式。

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