电源基础知识-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
电源基础知识
一、基础概念
1、电流：把单位时间里通过导体任一横截面的电量叫做电流强度，简称电流。通常用字
母 I表示，它的单位是安培（A）。
2、电压：电压（voltage），也称作电势差或电位差，是衡量单位电荷在静电场中由于电
势不同所产生的能量差的物理量。其大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所做的功，电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。电压的国际单位制为伏特（V，简称伏），常用的单位还有毫伏（mV）、微伏（μV）、千伏（kV）。3、电势差：电荷q 在电场中从A点移动到B点，电场力所做的功WAB与电荷量q 的比
值，叫做AB两点间的电势差（AB两点间的电势之差，也称为电位差），用UAB表示，则有公式：
4、欧姆定律：U=IR（I为电流，R是电阻）但是这个公式只适用于纯电阻电路
串联电路电压规律：串联电路两端总电压等于各部分电路两端电压和。公式：ΣU=U1+U2
串联电路中：电流：I总=I1=I2....=In （串联电路中，电路各部分的电流相等）
并联电压之特点，：支压都等电源压，U=U1=U2
并联电路中：I总=I1+I2....+In（并联电路中，干路电流等于各支路电流之和）
5、功率：功率是指物体在单位时间内所做的功的多少，即功率是描述做功快慢的物理
量。功的数量一定，时间越短，功率值就越大。求功率的公式为功率=功/时间。功率表征作功快慢程度的物理量。单位时间内所作的功称为功率，用P表示。故功率等于作用力与物体受力点速度的标量积。
6、电功率计算公式：P=W/t =UI，公式中的P表示功率，单位是“瓦特”，简称“瓦”，
符号是W。1KW=1000W。
7、功率因素：功率因数，是用来衡量用电设备（包括：广义的用电设备，如：电网的变
压器、传输线路，等等）的用电效率的数据。
功率因数的定义公式：功率因数＝有功功率/视在功率。
有功功率，是设备消耗了的，转换为其他能量的功率，单位为KVA。
无功功率，是维持设备运转，但是并不消耗的能量。他存在于电网与设备之间，是电网和设备不可缺少的能量部分。但是无功功率如果被设备占用过多，就造成电网效率
低下，同时，大量无功功率在电网中来回传送，使得线损高企浪费严重。
视在功率=有功功率+无功功率X2。
8、三相四线制：在低压配电网中，输电线路一般采用三相四线制，其中三条线路分别代
表A,B,C三相，另一条是中性线N或PEN（如果该回路电源侧的中性点接地，则中性线也称为零线(老式叫法，应逐渐避免，改称PEN，如果不接地，则从严格意义上来说，中性线不能称为零线）。在进入用户的单相输电线路中，有两条线，一条我们称为相线L，另一条我们称为中线N，中线正常情况下要通过电流以构成单相线路中电流的回路。而三相系统中，三相平衡时，中性线（零线）是无电流的，故称三相四线制；在380V低压配电网中为了从380V线电压中获得220V相电压而设N线，有的场合也可以用来进行零序电流检测，以便进行三相供电平衡的监控。
9、三相五线制：包括三相电的三个相线（A、B、C线）、中性线（N线）；以及地线
（PE线）。中性线（N线）就是零线。三相负载对称时，三相线路流入中性线的电流矢量和为零，但对于单独的一相来讲，电流不为零。三相负载不对称时，中性线的电流矢量和不为零，会产生对地电压。三相五线制标准导线颜色为：A线黄色，B线绿色，C线红色，N线淡蓝色，PE线黄绿色。
10、安全电压：是指不致使人直接致死或致残的电压，一般环境条件下允许持续接触
的“安全特低电压”是36V。行业规定安全电压为不高于36V，持续接触安全电压为24V，安全电流为10mA，电击对人体的危害程度，主要取决于通过人体电流的大小和通电时间长短。
动
11、我国正玄交流电的频率为：50Hz。
12、三相电源是由：最大值相等、频率相同、相位互差120°的三个正玄交流电动势成
为三相对称势，由于三相对称电势组成电源称为对称交流电源。
13、星形接法和三角形接法：
三角形接法：三相电的三角形接法是将各相电源或负载依次首尾相连，并将每个相连的点引出，作为三相电的三个相线。三角形接法没有中性点，也不可引出中性线，因此只有三相三线制。添加地线后，成为三相四线制
I线=I相，U线=√3×U相，
P相=U相×I相，
P=3P相=√3×U线×I相=√3×U线×I线
星形接法：三相交流电源与三相用电器的一种接线方法。把三相电源三个绕组的末端，X、Y、Z连接在一起，成为一公共点O，从始端A、B、C引出三条端线。是由频率相同、振幅相等而相位依次相差120°的三个正弦电源以一定方式连接向外供电的系统。
I线=√3×I相，U线=U相，
P相=I相×U相，
P=3P相=√3×I线×U相=√3×I线×U线。
1、输出纹波噪声的测量及输出电路的处理 PWM 开关电源的输出的纹波噪声与开产频率有关。其纹波噪声分为两大部分：纹波（包括开关频率的纹波和周期及随机性漂移）和噪声（开关过程中产生）。 周期及随机性漂移 在纹波与噪声的测量过程中，如果不使用正确的测量方法将无法正确地测量出真出的输出纹波噪声。下面是推荐的测量方法： 平行线测量法:输出管脚接平行线后接电容,在电容两端使用20MHz C 为瓷片电容，负载与模块之间的距离在51mm 和76mm(2in.和3in)之间。 在大多数电路中, 2、多路输出的交互调节及其应用 交互调节的优点。图中lo1路负载电流、Vo2为辅助路输出电压。由图可见，20% 100% Io2 在主路负载从20%～100%变化时，辅助路输出电压随 辅助路负载电流的变化曲线中，辅助路输出电压始终在±4%范围之内。即使在最坏的情况，即主路空载、辅助路江载，主路满载、辅助路空载时其输出电压也能保证在标称电压的±10%范围之内。由此，对于输出稳压精度要求不太高的情况下，这种不稳压的辅助输出不仅能够满足供电的条件，而且相对成本低、器件少、可靠性高。建议用户首先考虑不稳压的辅助输出的电源模块。 开关电源基础知识简介
3、容性负载能力与电源输出保护 建议用户对电源模块的阻性负载取大于10%额定负载，这样模块工作比较稳定。 电容作为电源去耦及抗干扰的手段，在现代电子线路中必不可少，本公司的电源模块考虑此因素，都有相当的容性负载能力。但由于考虑到电源的综合保护能力，尤其是输出过载保护， 容性负载能力不可能太大，否则保护特性将变差。因此用户在使用过程中负载电容总量不应 超过最大容性负载能力。 Vo 输出电流保护一般有四种方式： ●恒流式：当到达电流保护点时，输出电流随负载的 进一步的加重，略有增加，输出电压不断下降。 ●回折式：当到达电流保护点时，输出电流随负载的 的加重，输出电压不断下降，同时输出电流也不断下降。 ●恒流-截止式：当到达电流保护点时，首先是恒流式 ●精确自恢复截止式：输出电流到达保护点，电源模块输出被禁止，负载减轻电路自恢复。 在大部分电路中使用恒流式与截止式较多，比较理想的保护方式是精确自恢复截止式，或者恒流-截止式保护。其中恒流式、回折式保护本质上就是自恢复的，但输出短路时的功耗较大， 尤其是恒流式。而截止式、恒流-截止式保护的自恢复特性须加辅助复位电路来完成自恢复，其 输出过载时的功耗可以通过复位电路的周期进行调整，即调整间歇启动的时间间隔。一般电流 保护1.2~2倍标称输出电流。精确自恢复截止式电流保护点设定为标称输出电流1.2倍或1.3倍。 一般输出有过压嵌位保护。 4、负载瞬态响应 当输出的负载迅速发生变化时，输出的电压会出现 上冲或下跌。电源模块经过调整恢复原输出电压。这个 响应过程中有两个重要的指标：过冲电压（ Vo）和恢复 时间（tr）。过冲越小，恢复时间越短，系统响应速度 越快。一般在25%的标称负载阶跃变化，输出电压的 过冲为4%VO，恢复时间为500μS左右。 5、外围推荐电路 1）输出电压的调节： 本公司产品中有TRIM输出管脚的产品，可以通过电阻或电位器对输出电压进行一定范围内的调节。将电位器的中心与TRIM相连，在有+S，-S管脚的模块中，其他两端分别接+S、-S，没有相应主路的输出正负极（+S接Vo1，-S接GND上，调节电位器即可。辅路跟随主路调节。电位器阻值根据输出电压的大小选用5～20K?比较合适。一般微调范围为±10%。
1 目的 希望以简短的篇幅，将公司目前设计的流程做介绍，若有介绍不当之处，请不吝指教. 2 设计步骤: 2.1 绘线路图、PCB Layout. 2.2 变压器计算. 2.3 零件选用. 2.4 设计验证. 3 设计流程介绍(以DA-14B33为例): 3.1 线路图、PCB Layout 请参考资识库中说明. 3.2 变压器计算: 变压器是整个电源供应器的重要核心，所以变压器的计算及验证是很重要的，以下即就DA-14B33变压器做介绍. 3.2.1 决定变压器的材质及尺寸: 依据变压器计算公式 Gauss x NpxAe LpxIp B 100(max ) ? B(max) = 铁心饱合的磁通密度(Gauss) ? Lp = 一次侧电感值(uH)
? Ip = 一次侧峰值电流(A) ? Np = 一次侧(主线圈)圈数 ? Ae = 铁心截面积(cm 2) ? B(max) 依铁心的材质及本身的温度来决定，以TDK Ferrite Core PC40为例，100℃时的B(max)为3900 Gauss ，设计时应考虑零件误差，所以一般取3000~3500 Gauss 之间，若所设计的power 为Adapter(有外壳)则应取3000 Gauss 左右，以避免铁心因高温而饱合，一般而言铁心的尺寸越大，Ae 越高，所以可以做较大瓦数的Power 。 3.2.2 决定一次侧滤波电容: 滤波电容的决定，可以决定电容器上的Vin(min)，滤波电容越大，Vin(win)越高，可以做较大瓦数的Power ，但相对价格亦较高。 3.2.3 决定变压器线径及线数: 当变压器决定后，变压器的Bobbin 即可决定，依据Bobbin 的槽宽，可决定变压器的线径及线数，亦可计算出线径的电流密度，电流密度一般以6A/mm 2为参考，电流密度对变压器的设计而言，只能当做参考值，最终应以温升记录为准。 3.2.4 决定Duty cycle (工作周期): 由以下公式可决定Duty cycle ，Duty cycle 的设计一般以50%为基准，Duty cycle 若超过50%易导致振荡的发生。 xD Vin D x V Vo Np Ns D (min))1()(-+=
引言 现代电源技术的发展方向，是从以低频技术为主的传统电源技术，向以高频技术为主的现代 收稿日期：2014-06-20 作者简介：陈超，男，浙江永康人，讲师，硕士。 丽水学院学报 JOURNAL OF LISHUI UNIVERSITY 第36卷第5期Vo1.36 No.5 2014年9月Sept.2014 “现代电源技术”课程教学内容设计 陈超，陈小元 （丽水学院工程与设计学院，浙江丽水323000） 摘要：为完善自动化专业的电机及其控制技术模块方向课程群，考虑地方产业需求，并侧重于伺服驱动方向的电源技术，设计“现代电源技术”课程的教学内容。教学内容设计遵从理论教学与实验教学相融合的教学模式，在各章节都详细描述相关变换器或元器件的工作原理及性能特点，具体介绍斩波实验系统、单相逆变实验系统和三相逆变实验系统，透析分析基于这些系统设计的具体电源应用，并设计相关实验。“现代电源技术”课程教学内容的设计适合地方本科院校电气自动化类专业本科教学，符合CDIO 工程教育模式的应用型人才培养精神。 关键词：现代电源技术；教学内容；伺服驱动；CDIO doi ：10.3969/j.issn.2095-3801.2014.05.017中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2095-3801（2014）05-0088-03 A Curriculum Content Design:Modern Power Technology CHEN Chao ，CHEN Xiaoyuan, （College of Engineering &Design ，Lishui University ，Lishui 323000，Zhejiang ） Abstract ：The curriculum content of Modern Power Technology was designed,based on the needs of local industries and with the emphasis placed on servo -drive power source technology for the perfection of the curricula that fall within motor and its control technology module of automation major,following the teaching mode of integrating theoretical teaching and experiments.In each chapter,the working principles and application characteristics of the relevant converters and components are described in detail,the experimental systems,namely,the chopper system,the single-phase inverter system and the three-phase inverter system are specifically introduced,and the specific power applications are analyzed based on the system designs and the related experiments designed.The design satisfies the teaching requirements of Electric Engineering and Automation major at local universities colleges and is in line with the spirit of CDIO engineering education model for applied talents. Key words ：Modern Power Technology ；curriculum content ；servo-drive ；CDIO 电源技术方向转变的[1]。电源技术始于20世纪的 40年代末50年代初的硅整流器件，其发展先后经 历了整流器时代、 逆变器时代和变频器时代。20世
现代电源技术发展历程概述[精编版] 现代电源技术发展历程 2007-08-23 现代电源技术是应用电力电子半导体器件，综合自动控制、计算机(微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠
性的电源中起关键作用，是现代电力电子技术的具体应用。
当前，电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础，正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来，电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用，实现高效率和高品质用电相结合。 1. 电力电子技术的发展 现代电力电子技术的发展方向，是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学，向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件，表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。 1.1 整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供，但是大约20%的电能 是以直流形式消费的，其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电，因此在六十年代和七十年代，大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮，目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。 1.2 逆变器时代 七十年代出现了世界范围的能源危机，交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代，随着变频调速装置的普及，大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出，静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变，但工作频率较低，仅局限在中低频范围内。
四、电源的基本参数 1电压 2输入电压 就是市电电压。 国内电压是220V，但电网电压并不是时刻稳定在220V，而是有一定的波动。采用被动PFC 的电源，可以适应的电网电压一般是在180~264V 之间，当电压突然降低到180V 以下时，电源会出现重新启动的现象；电压偏高，则会导致电源保险烧毁。 第15 页 部分电源可以承受电压的缓慢下降，甚至电压缓降到180V 以下时，也可以正常工作， 但此时电源的负载能力也将下降，难以达到额定功率的输出。采用了主动PFC 电路的电源，适应电压可以扩大到90~264V，在此区间均可正常使用。需要指出的是，不是所有 主动PFC 电源，都是宽电压设计。 4.1.2 输出电压 就是电源输出给电脑使用的直流电压。 ATX 电源输出的直流电压有+5V、+12V、-12V 、+5VSB、+3.3V。 同样，电源所输出的直流电压也会有一定的波动。我们允许输出电压有一定的波动，但不能超过INTEL 所界定的范围，正电压允许在基准值上下5%之内波动，而负电压允许在上下10%之内波动，如+5V 的正常范围是4.75~5.25V，而-12V 的正常范围是-10.8~-13.2V 。 要求电源在空载、轻载、典型负载与满载状态下，各路输出电压均在允 许范围 内。当超过此范围，电脑运行就有可能出现问题。检测电源的输出电压需要使用万用表等设备，软件检测的结果往往并不精确。电源输出电压的稳 定性，是电源的一个重要指标，但绝不是判断一款电源优劣的唯一指标。电源性能指标非常繁多，电压的稳定性只是其中一项。只要电源输出在合理的范围内，对电脑配件都不会造成负面影响，这时电压的波动范围在1%和5%的意义是一样的，过分地关注波动的大小是不必要的。但波动的相对大小，侧面反映了电源的负载能力，波动率相对越小的电源，其实际的最大输出功率可能越大，毕竟，输出电压超出规定范围时的输出功率是没有益处的。 相对来说，电压偏高比电压偏低更具有危险性，电压偏低至多引起电脑工作的不正常，而电压偏高则可能烧毁硬件。一
仅供参考[整理] 安全管理文书 开关电源类产品设计的安全规范 日期：__________________ 单位：__________________ 第1 页共14 页
开关电源类产品设计的安全规范 1.范围 1.1本规范规定了0公司户内使用、额定电压≤600V的开关电源类产品的设计安全要求，它包括参考标准资料、标志说明、一般要求和试验一般条件、电气技术参数规格、材料和结构、电气试验、机械试验、环境可靠性试验、包装、存放、出货和附录项内容。 1.2它主要以信息技术设备，包括电气事务设备及与之相关设备的安全标准为基础编写。 2.主要参考资料 2.1IEC60950-1999：信息技术设备的安全。 2.2IEC61000-4（所有系列）：电磁兼容--试验和测量技术。 2.3IEC61000-3-2-1998：电磁兼容第3部分：限值第2章低压电气及电子设备发出的谐波 电流限值（设备每相输入电流≤16A）。 2.4IEC61000-3-3-1998：电磁兼容第3部分：限值第3章标称电流≦16A的低压电气及电子设备的供电系统中电压波动和变化的限值。 2.5IEC60384-14-1993：电子设备用固定电容器第14部分：分规范拟制电源电磁干扰用固定电容器。 2.6CISPR22-1998：信息技术设备的无线电干扰特性的限值和测量方法。 2.7CISPR24-1997：信息技术设备的无线电抗干扰特性的限值和测量方法。 2.8IEC60695-10-2：1995：着火危险试验第10部分：减少着火对电子技术产品而引起的不正常发热效应的指南和试验方法第2部分： 第 2 页共 14 页
试卷总分:100 得分:98 一、单选题(共20 道试题,共40 分) 1.在PWM信号发生器中，关于PWM信号占空比D的下列哪一种说法是正确的？ A.占空比D与调制深度有关； B.占空比D与三角波的幅度有关； C.占空比D与三角波的相位有关； D.占空比D与导通时间Ton成正比。 正确答案:B 2.线性稳压电源电路中，功率调整管工作状态正确的为下列哪一种？ A.高频开关状态； B.低频线性放大状态； C.低频开关状态； D.高频放大状态。 正确答案:B 3.在半桥式功率变换器电路中，关于两个功率开关栅极驱动结构的下列哪一种说法是正确的？ A.两个功率开关均不是悬浮栅； B.两个功率开关都是悬浮栅； C.上管为悬浮栅，下管不是悬浮栅； D.下管为悬浮栅，上管不是悬浮栅。 正确答案:C 4.开关稳压电源电路中，功率管工作状态正确的为下列哪一种？ A.低频开关状态； B.低频线性放大状态； C.高频开关状态； D.高频放大状态。 正确答案:C 5.方波的傅里叶变换公式中，下列哪一种说法是正确的？ A.具有偶次和奇次谐波； B.只有偶次谐波，没有奇次谐波； C.只有奇次谐波，没有偶次谐波； D.不但具有偶次和奇次谐波，同时还具有直流分量。 正确答案:B
6.在有源功率因数校正（APFC）技术中，关于功率因数的定义中下列哪一种说法是正确的？ A.功率因数等于电流与电压相位差的余弦值； B.功率因数等于电流与电压相的频率值； C.功率因数等于电流与电压波形的失真度； D.功率因数等于电流与电压相位差的余弦值再乘以基波基数。 正确答案:D 7.在半桥或推挽式功率变换器电路中，关于两个功率开关工作状态的下列哪一种说法是正确的？ A.两个功率开关同时导通； B.两个功率开关同时关闭； C.两个功率开关轮换交替导通与关闭； D.两个功率开关都处于放大状态。 正确答案:C 8.在降压型（BUCK）DC-DC变换器拓扑电路结构中，关于续流二极管的下列哪一种说法是正确的？ A.功率开关导通期间，续流二极管正偏也导通； B.功率开关导通期间，储能电感释放能量； C.功率开关关闭期间，续流二极管正偏导通，储能电感向负载释放能量； D.功率开关关闭期间，二极管反偏不导通。 正确答案:C 9.在无源功率因数校正（PFC）技术中，关于功率因数的定义中下列哪一种说法是正确的？ A.功率因数等于电流与电压相位差的余弦值； B.功率因数等于电流与电压的频率值； C.功率因数等于电流与电压的和值； D.功率因数等于电流与电压相位的余弦值。 正确答案:A 10.在反向型（BUCK-BOOST）DC-DC变换器拓扑电路结构中，下列哪一种说法是正确的？ A.功率开关导通期间，二极管正偏也导通； B.功率开关导通期间，储能电感释放能量； C.功率开关关闭期间，二极管正偏导通，储能电感向负载释放能量； D.功率开关关闭期间，二极管反偏不导通。 正确答案:C 11.在降压型（BUCK）DC-DC变换器拓扑电路结构中，关于功率开关下列哪一种说法是正确的？
1 目的 希望以簡短的篇幅，將公司目前設計的流程做介紹，若有介紹不當之處，請不吝指教. 2 設計步驟: 2.1 繪線路圖、PCB Layout. 2.2 變壓器計算. 2.3 零件選用. 2.4 設計驗證. 3 設計流程介紹(以DA-14B33為例): 3.1 線路圖、PCB Layout 請參考資識庫中說明. 3.2 變壓器計算: 變壓器是整個電源供應器的重要核心，所以變壓器的計算及驗証是很重要的，以下即就DA-14B33變壓器做介紹. 3.2.1 決定變壓器的材質及尺寸: 依據變壓器計算公式 Gauss x NpxAe LpxIp B 100(max ) ? B(max) = 鐵心飽合的磁通密度(Gauss) ? Lp = 一次側電感值(uH) ? Ip = 一次側峰值電流(A) ? Np = 一次側(主線圈)圈數 ? Ae = 鐵心截面積(cm 2) ? B(max) 依鐵心的材質及本身的溫度來決定，以TDK Ferrite Core PC40為例，100℃時的B(max)為3900 Gauss ，設計時應考慮零件誤差，所以一般取3000~3500 Gauss 之間，若所設計的power 為Adapter(有外殼)則應取3000 Gauss 左右，以避免鐵心因高溫而飽合，一般而言鐵心的尺寸越大，Ae 越高，所以可以做較大瓦數的Power 。 3.2.2 決定一次側濾波電容: 濾波電容的決定，可以決定電容器上的Vin(min)，濾波電容越大，Vin(win)越高，可以做較大瓦數的Power ，但相對價格亦較高。 3.2.3 決定變壓器線徑及線數: 當變壓器決定後，變壓器的Bobbin 即可決定，依據Bobbin 的槽寬，可決定變壓器的線徑及線數，亦可計算出線徑的電流密度，電流密度一般以6A/mm 2為參考，電流密度對變壓器的設計
现代电力电子及电源技术的发展 现代电源技术是应用电力电子半导体器件,综合自动控制、计算机(微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用,是现代电力电子技术的具体应用。 当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。 1. 电力电子技术的发展 现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT 为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。 1.1 整流器时代 大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
开关电源原理及各功能电路详解 一、开关电源的电路组成 开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。开关电源的电路组成方框图如下： 开关电源电路方框图 二、输入电路的原理及常见电路 1、AC输入整流滤波电路原理：
输入滤波、整流回路原理图 ①防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5容量变小，输出的交流纹波将增大。 2、DC输入滤波电路原理： ①输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的
电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4为安规电容，L2、L3为差模电感。 ②R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间，由于C6的存在Q2不导通，电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。 三、功率变换电路 1、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET （MOS管），是利用半导体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图：
UPS不间断电源基础知识及保养 UPS电源是保障供电稳定和连续性的重要设备，因其主要机智 能化程度高，储能器材采用免维护蓄电池，使得在运行中往往忽略了对该系统的维护与检修。其实维护的好坏，对电源的寿命和故障率有很大影响，下面根据我们使用中的具体情况和维护经验介绍UPS电源的使用注意事项和日常维护要求。 虽说各企业配置的UPS供电系统设备型号及系统容量有所不同，但其原理和主要功能基本相同。在UPS电源类型选择上各站都选择了在线式，这时因为在线式UPS电源系统具有对各类供电的零时间切换，自身供电时间的长短可选，并具有稳压、稳频、净化的特点。当UPS电源系统本身出现故障时有自动旁路功能，当需要检修时可采用手动旁路，使检修、供电互不影响。 一、 UPS电源系统 UPS电源系统由4部分组成：整流、储能、变换和开关控制。其系统的稳压功能通常是由整流器完成的，整流器件采用可控硅或高频开关整流器，本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能，从而当外电发生变化时（该变化应满足系统要求），输出幅度基本不变的 整流电压。净化功能由储能电池来完成，由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。储能电池除可存储直流直能的功能外，对整流器来说就象接了一只大容器电容器，其等效电容量的大小，与储能电池容量大小成正比。由于电容两端的电压是不能突变的，即利用了电容器对脉冲的平滑特性消除了脉冲干扰，起到了
净化功能，也称对干扰的屏蔽。频率的稳定则由变换器来完成，频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS电源系统的日常操作与维护，设计了系统工作开关，主机自检故障后的自动旁路开关，检修旁路开关等开关控制。 在电压工作正常时，给负载供电而且，同时给储能电池充电；当突发停电时，UPS电源开始工作，由储能电池工给负载所需电源，维持正常的生产；当由于生产需要，负载严重过载时，由电网电压经整流直接给负载供电。UPS电源系统主要分两大部分，主机和储能电池。额定输出功率的大小取决于主机部分，并与负载属那种性质有关，因为UPS电源对不同性能的负载驱动能力不同，通常负载功率应满足UPS电源70％的额定功率。储能电池容量的选取当负载功率确定后主要取决其后备时间的长短，主要由备用电源的接入时间来定，通常在几分钟或几个小时不等。 一、电源工作原理 变换：将电网来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压，供给逆变电路。输入有软启动电路，可避免开机时对电网的冲击。 逆变电路：采用大功率IGBT模块全桥逆变电路，具有很大的功率富余量，在输出动态范围内输出阻抗特别小，具有快速响应特性。由于采用高频调制限流技术，及快速短路保护技术，使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路，均可安全可靠地工作。 控制驱动：控制驱动是完成整机功能控制的核心，它除了提供检测、
实验一反激式电流控制开关稳压电源 一、实验目的 (1)了解单管反激式开关电源的主电路结构、工作原理。 (2)测试工作波形，了解电流控制原理。 序号型号备注 1 DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。 2 DJK09 单相调压与可调负载 3 DJK23 单端反激式隔离开关电源 4 双踪示波器自备 5 万用表自备 三、实验线路及原理 单管反激式开关电源原理电路如图4-10所示。 图4-10 单管反激式开关电源原理图 交流输入经二极管整流后的直流电压U dc经变压器初级绕加到功率三极管Q1之C极，同时经电阻R9、R10加到Q1之b极使Q1开通。Udc电压加到变压器初级使磁通逐渐上升，初级电流也线性增大，变压器反馈绕组3－4上的感应电势的极性使Q1的b-e之间正向偏置增大，使Q1完全饱和导通，这是一个正反馈自激过程。 Q1饱和导通之后变压器初级承受Udc电压，变压器磁路中的磁通Φ正比于U dc*t中的伏秒积分，t是Q1开通的时间长度。在变压器磁通达到饱和值之前，Φ是线性增长，Q1中的电流是线性增长。为了保证Q1中的电流不超过其元件最大值，因此必须将此电流在适当的时候进行切断，这个电流峰值的控制由三极管Q2实现。当R7中的电流大到一定允许值Q2导通，强迫将Q1之b极变为零电平，使Q1关断，而Q2的通断受三极管Q4的通断来控制；而Q4的通断由三极管Q3和4N35中的三极管的导通情况来决定。Q3的通断由来自电流
C端 R 反馈采样电阻R 7上的电压来控制。当R 7上的电流大到一定值，使Q 3的b-e 极正偏加大，使Q 3导通。 本线路对 5V 直流输出电压有自动稳压调节功能，当负载减小5V 输出电压增大时，输出电压的采样电阻分压后加到TL431的R 端的电压增大。由TL431的作用原理可知其C 端电压会自动下降，结果造成4N35的二极管中电流增大，从而使4N35的三极管的等效内阻减小，结果使Q 4提前导通最终使Q 1提前关断，即负载减小时Q 1的开通/关断占空比减小，这从Q 1-e 极的波形可以明显看到。当输入交流电压减小，Udc 下降时，Q 1导通后变压器中的磁通上升速率减小，结果Q 1的开断周期延长。开关频率下降，例如从180V AC 输入时的62KHz 下降到100V AC 输入时的44.8KHz 。 当Q 1中的电流被切断之后，变压器电感贮能释放，磁通下降，变压器副边绕组的感应电势经整流滤波后输出。这就是一般反激式（Fly back ）的原理。 TL431的原理框图如下： 的原理图 C 3R 5 D 1R 8为缓冲电路，减小Q 1关断时Q 1管c-e 极的电压。 四、实验内容 (1)电路波形的测试。 (2)输入电压变化时主电路波形的测试。 (3)输出负债电流变化时主电路波形的测试。 (4)开关电源稳压特性的测试。 五、思考题 (1) 什么叫反激式开关电源，它与正激式有何区别？ (2)什么叫自激式与他激式开关电源？ (3)变压器的磁路在制作时为什么必须留有气隙？ (4)开关管的选择原则是什么？ 六、实验方法 (1)系统接线： ①将DJK09的交流调压输出接至DJK23的交流输入端。 ②将DJK09上的两个电阻并接成可调负载电阻。 (2)波形观察 ①接入DJK09单相自藕调压器的220V 交流电源，并开启DJK01控制屏的电源开关。 ②调节DJK09的交流输出为180V ，并调节DJK09上的负载电阻，使DJK23上5V 直流输出的电流为2A 。 ③用示波器观测电路相应各点的波形。 Q 1的e 极（即电流采样电阻R 7两端）的波形 三极管Q 1的b 级波形 变压器反馈绕组3－4端的电压波形 三极管Q 2的b 级波形 三极管Q 3的b 级波形
初学电子知识,请先把“电”当做“水”,“电路”就等于“水路”;接着了解一些常用名词术语,对照实物认识几种常用的电子元件及其功能;最后动手做一些实验. 任何电子产品都是电子元件组成的,学习电子技术就要先学电子元件. 电子元件的组合就成了电子电路,这也是基础知识.有了电子元件、电子电路的知识,电子工具也会用了,你就应该多动手进行产品实战了. 学电子最能尽快受益的莫过于自装音响和功放了.欣赏音乐本身是一种美的享受,可是能用自己的成果来享受则更是达到一种新的境界. 懂电子的朋友学电脑比不懂电子朋友学电脑要快要容易.懂电子的朋友用电脑是由电脑内部学到外部,不懂电子的朋友则是从电脑外部学到电脑内部. 什么是“场”?运动场常指大家可以做运动的一个范围,电场是指电产生作用力的一个范围,磁场是指磁产生作用力的一个范围,其它类同. 导体,电比较容易通过的物体.绝缘体,电比较难通过的物体.导体和绝缘体并没有明显的介限,导体和绝缘体是导电能力相差很多很多倍的两个物体相对而言的. 有很多物体,它们在常见的不同的物理情况(温度、电场、磁场、光照、掺杂等等)下呈现出不同的导电状态.我们称这类物体为半导体. 有了导体、绝缘体和半导体,就可以生产出各种各样的电子元件,我们就可以方便简单的检测和利用电能了.
开关实际上是一个短路器和开路器,是一个电阻在零欧姆和无穷大两个阻值上变换的元件,这跟自来水开关的效果和原理是一样的. 任何时候,只要有电流流过,就必定有一个闭合的通路.这个通路就是电流回路.不考虑电源内部的情况下,电流一定是从正极流向负极. 电源相当于一个特殊的电子元件,有闭合的通路才能产生电流.没有导体以及其它电子元件连接成闭合的通路就不会产生电流. 没有回路就一定没有电流,有电流就一定有回路.(交流电流并不需要物理上的通路,真空、空气也能形成电流回路.) 两个不同的水位线存在一个水差,就是水压.水压之间有一根水管的话,水就会流动,水流动就会受到阻力.水管越细,阻力越大,水流越小;水压越高,水流越大.电压是指两个物体之间的电势差,就是电压.如果电压之间有一个导电通路的话,这个通路里面就会产生电流.电阻越大,电流越小;电压越高,电流越大. 水压、水流、水阻.水流动的方向是从高处流向低处(不算抽水机在内);对应电的比喻:电压、电流、电阻.电流动的方向是从正极流向负极(不算电源在内). 两个水位之间的水位差等于水压;两个电极之间的电势差等于电压.高水位相当于正电极,低水位相当于负电极. 电阻、电容、二极管等电子元件有两个引脚,这些元件在使用过程中,必须按照某种规律将引脚连接起来. 三极管相当于一个阻值可以受控制的电阻器,就是将三极管的集电极和发射极这两个脚等效成一个电阻,基极起控制作用.
开关电源原理 一、开关电源的电路组成： 开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值 降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及 杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。 当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪 涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是 负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5 容量变小，输出的交流纹波将增大。
时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增 大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。 三、功率变换电路： 1、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET（MOS管），是利用半导 体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图： 3、工作原理： R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS管并接，使开关管电压应力减少，EMI减少，不发生二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V时，UC3842停止工作，开关管Q1立即关断。 R1和Q1中的结电容C GS、C GD一起组成RC网络，电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。R1过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；R1过大，会降低开关管的开关速度。Z1通常将MOS管的GS电压限制在18V以下，从而保护了MOS管。 Q1的栅极受控电压为锯形波，当其占空比越大时，Q1导通时间越长，变压器所储存的能量
开关电源变压器基础知识 开关电源变压器现代电子设备对电源的工作效率、体积 以及安全要求等技术性能指标越来越高，在开关电源中决定这些技术性能指标的诸多因素中，基本上都与开关变压器的技术指标有关。开关电源变压器是开关电源中的关键器件，因此，在这一节中我们将非常详细地对与开关电源变压器相关的诸多技术参数进行理论分析。在分析开关变压器的工作原理的时候，必然会涉及磁场强度H和磁感应强度B以及磁 通量等概念，为此，这里我们首先简单介绍它们的定义和概念。在自然界中无处不存在电场和磁场，在带电物体的周围必然会存在电场，在电场的作用下，周围的物体都会感应带电；同样在带磁物体的周围必然会存在磁场，在磁场的作用 ，周围的物体也都会被感应产生磁通。现代磁学研究表明： 切磁现象都起源于电流。磁性材料或磁感应也不例外，铁磁现象的起源是由于材料内部原子核外电子运动形成的微电流，亦称分子电流，这些微电流的集合效应使得材料对外呈现各种各样的宏观磁特性。因为每一个微电流都产生磁效应，所以把一个单位微电流称为一个磁偶极子。因此，磁场强度的大小与磁偶极子的分布有关。在宏观条件下，磁场强度可以定义为空间某处磁场的大小。我们知道，电场强度的概念是用单位电荷在电场中所产生的作用力来定义的，而在
磁场中就很难找到一个类似于“单位电荷”或“单位磁场”的带磁物质来定义磁场强度，为此，电场强度的定义只好借用流过单位长度导体电流的概念来定义磁场强度，但这个概念本应该是用来定义电磁感应强度的，因为电磁场是可以互相产生感应的。幸好，电磁感应强度不但与流过单位长度导体的电流大小相关，而且还与介质的属性有关。所以，电磁感应强度可以在磁场强度的基础上再乘以一个代表介质属性的系数来表示。这个代表介质属性的系数人们把它称为导磁率。 在电磁场理论中，磁场强度H 的定义为：在真空中垂直于磁场方向的通电直导线，受到的磁场的作用力F 跟电流I 和导线长度的乘积I 的比值，称为通电直导线所在处的磁场强度。或：在真空中垂直于磁场方向的1 米长的导线，通过1 安培的电流，受到磁场的作用力为1 牛顿时，通过导线所在处的磁场强度就是1 奥斯特(Oersted) 。电磁感应强度一般也称为磁感应强度。由于在真空中磁感应强度与磁场强度在数
开关电源经典书籍推荐 Power Supply Cookbook, Marty Brown, EDN Series, 2001. 本书作者Marty Brown任职On Semiconductor (Motorola)多年, 具有多年开关式电源供应器设计之实务经验,本书可以说是他以工程师 的观点,以实务经验为出发点所著作的一本精简扼要的设计参考书籍, 全书仅230余页.本书重点主要在第三章:PWM Switching Power Supplies说明传统脉宽调变转换器的设计方法;与第四 章:Waveshaping Techniques说明新型的谐振式转换器设计方法.本 书的优点是掌握重点,可以快速的建立系统的设计观念,缺点是未提供设计方程式推导说明,初学者不易了解其设计概念. Switching Power Supply Design, Edited by: Abraham I. Pressman, McGraw Hill, 2nd Ed., Nov. 1997. 本书作者Abraham I. Pressman可以说是开关式电源设计祖师级开 创大师早自1977年即着有『Switching and Linear Power Supply, Power Converter Design』一书,是早期电源设计从业人员重要的参 考书籍.本书是作者20年后再次出版的一本SPS设计专业书籍,全书包 含了十七章近700页,针对电源设计的专门议题都有重点的说明,读者可以选择有兴趣的章节阅读,是一本很好的设计百科工具书. [缺图] 交换式电源技术手册, 原著:原田耕介, 译者:陈连春, 建兴出版社, 1997年10月. 本书是原田耕介先生自1990年~1993年间在日本『电子技术』杂志连载关于电源供应器技术解说相关文章所汇整而成的一本着作,本书汇集了四十余位专家学者在开关式电源设计的专业说明,1997年由陈连村先生翻译中文本,本书目前已更新至第二版.本书的特色是非常实际,直接提供设计相关信息与实例说明,都是从事电源多年工作经验的累积,是从事电源设计工程师必读的参考书. Switching Power Supply Design & Optimization, Sanjaya Maniktala, McGraw Hill, May 2004. 本书作者任职于美商国家半导体公司(National Semiconductor)主 任工程师,具有多年电源设计之实务经验.电源设计是一个整合理论与 实务的最佳化过程,在这个复杂的最佳化过程当中,有许多需要进行试 试看的选择,而这些选择又不纯然只是试试看,是基于经验与理论判断 的试试看,有时也需要一些灵机一动的想法,也就是这些困难与迷惑成就了电源设计引人入胜之处,许许多多的工程师置身其间,获得难以言明的乐趣.本书作者选择了『最佳化』为书名之关键字,有兴趣的读者可一窥实务工程师观点的最佳化思路历程.
开关电源研发范例文件编码（TTU-UITID-GGBKT-POIU-WUUI-0089）
1目的 希望以简短的篇幅，将公司目前设计的流程做介绍，若有介绍不当之处，请不吝指教. 2设计步骤: 2.1绘线路图、PCB Layout. 2.2变压器计算. 2.3零件选用. 2.4设计验证. 3设计流程介绍(以DA-14B33为例): 3.1线路图、PCB Layout请参考资识库中说明. 3.2变压器计算:
变压器是整个电源供应器的重要核心，所以变压器的计算及验证是很重要的，以下即就DA-14B33变压器做介绍. 3.2.1 决定变压器的材质及尺寸: 依据变压器计算公式 Gauss x NpxAe LpxIp B 100(max ) B(max) = 铁心饱合的磁通密度(Gauss) Lp = 一次侧电感值(uH) Ip = 一次侧峰值电流(A) Np = 一次侧(主线圈)圈数 Ae = 铁心截面积(cm 2) B(max) 依铁心的材质及本身的温度来决定，以TDK Ferrite Core PC40为例，100℃时 的B(max)为3900 Gauss ，设计时应考虑零 件误差，所以一般取3000~3500 Gauss 之
间，若所设计的power为Adapter(有外壳) 则应取3000 Gauss左右，以避免铁心因高 温而饱合，一般而言铁心的尺寸越大，Ae越 高，所以可以做较大瓦数的Power。 3.2.2决定一次侧滤波电容: 滤波电容的决定，可以决定电容器上的 Vin(min)，滤波电容越大，Vin(win)越高，可 以做较大瓦数的Power，但相对价格亦较高。 3.2.3决定变压器线径及线数: 当变压器决定後，变压器的Bobbin即可决 定，依据Bobbin的槽宽，可决定变压器的线 径及线数，亦可计算出线径的电流密度，电流 密度一般以6A/mm2为参考，电流密度对变 压器的设计而言，只能当做参考值，最终应以 温昇记录为准。 3.2.4决定Duty cycle (工作周期):