大功率开关电源的原理与分析
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大功率开关电源原理大功率开关电源是一种将交流电转换为直流电的电源装置,广泛应用于工业、通信、医疗、航空航天等领域。
其原理是通过开关管的开关动作,将输入的交流电转换为高频脉冲信号,再经过整流、滤波、稳压等环节,最终得到稳定的直流电输出。
大功率开关电源的主要原理包括开关管的开关动作、变压器的变换作用、整流滤波的电压转换和稳压调节的控制。
首先,开关管的开关动作是大功率开关电源的核心。
开关管通常采用MOSFET、IGBT等器件,通过控制开关管的导通和截止状态,实现输入交流电的开关转换。
当开关管导通时,输入电源的电流通过变压器传递给输出端;当开关管截止时,输入电源的电流被切断。
通过不断地开关动作,可以将输入交流电转换为高频脉冲信号。
其次,变压器的变换作用是将输入的交流电转换为适合输出的电压。
变压器通常由高频变压器和耦合电感组成,通过变压器的变压比例,可以实现输入电压的升降变换。
在开关管导通时,输入电流通过变压器的一侧,经过变压器的变换作用,输出到另一侧;在开关管截止时,变压器的耦合电感会产生自感电势,使输出电流得以维持。
然后,整流滤波的电压转换是将高频脉冲信号转换为平滑的直流电。
整流滤波电路通常由整流二极管和滤波电容组成。
在开关管导通时,高频脉冲信号经过整流二极管的导通,变为正半波或全波的脉冲信号;在开关管截止时,整流二极管截止,滤波电容会将脉冲信号平滑为直流电。
通过适当的滤波电容和电感,可以实现输出电压的稳定性和纹波度的控制。
最后,稳压调节的控制是为了保证输出电压的稳定性。
稳压调节电路通常由反馈控制电路和稳压器组成。
反馈控制电路通过采集输出电压的反馈信号,与参考电压进行比较,产生误差信号,再经过放大和滤波处理,控制开关管的开关动作,使输出电压保持在设定值附近。
稳压器则根据误差信号的大小,调整开关管的导通和截止状态,实现输出电压的稳定调节。
综上所述,大功率开关电源通过开关管的开关动作、变压器的变换作用、整流滤波的电压转换和稳压调节的控制,将输入的交流电转换为稳定的直流电输出。
开关电源工作原理详解csdn在现代电子设备中,开关电源被广泛应用于各种电子产品中,如电脑、手机、电视等,其高效、轻巧和稳定的特点受到了越来越多的青睐。
但是,对于普通用户而言,开关电源的工作原理可能有些复杂和难以理解。
在本文中,我们将详细解释开关电源的工作原理,帮助读者更好地了解和认识这一重要的电子元件。
开关电源的工作原理主要包括以下几个部分:输入整流滤波、脉宽调制控制、输出整流滤波和反馈控制。
首先是输入整流滤波部分,其作用是将交流电转换为直流电,并通过滤波电路消除波动。
然后是脉宽调制控制部分,其核心是PWM控制芯片,通过调整开关管的导通时间来控制输出电压的稳定性。
接着是输出整流滤波部分,将调整后的脉冲电流再次转换为稳定的直流电,并通过滤波电路减少残留的波动。
最后是反馈控制部分,通过反馈回路监测输出电压的变化,并调整PWM控制芯片的工作状态,使输出电压保持在设定范围内。
开关电源的工作过程中,有几个关键元件起着重要作用。
首先是开关管,作为控制开关的关键部件,其导通和截止状态决定了输出电压的稳定性。
其次是变压器,用于将输入电压转换为所需的输出电压,同时起到隔离保护的作用。
此外,还有滤波电容和电感等元件,在整流和滤波过程中起到平稳输出电压的作用。
在实际应用中,开关电源的设计需要考虑到许多因素,如输入电压范围、输出电压稳定性、效率、功率密度等。
不同的电子产品对开关电源的要求也各不相同,因此设计师需要根据具体情况进行灵活调整和优化。
总的来说,开关电源作为现代电子设备中不可或缺的部件,其工作原理虽然复杂,但通过对其各个部分的详细解释和分析,读者可以更好地理解其工作过程和原理,对于提高电子产品的性能和稳定性有着重要的作用。
希望通过本文的介绍,读者可以对开关电源有更深入的认识,为今后的学习和工作提供帮助。
1。
开关电源工作频率的原理分析开关电源是一种高效稳定的电源供应系统,在许多电子设备中得到广泛应用。
在开关电源的设计和使用过程中,工作频率是一个至关重要的参数。
本文将分析开关电源工作频率的原理,并探讨其对性能的影响。
一、开关电源的基本原理开关电源是通过快速开关管将输入电源切换成高频脉冲信号,然后经过滤波、调整和变换等环节,最终得到稳定的输出电压。
这种切换过程会产生开关频率的信号,即工作频率。
二、工作频率的选择原则1. 效率:开关电源的效率在很大程度上取决于工作频率。
较高的工作频率会导致较低的开关损耗,从而提高整个系统的效率。
2. 尺寸:开关频率高的电源可以采用较小的元件,减小整体体积。
尤其在微型电子设备中,对尺寸的要求较高。
3. 抗干扰能力:工作频率的选择还应考虑系统对外界干扰的抗性。
合适的工作频率可以减小电源对周围环境电磁波的敏感程度,提高系统的抗干扰能力。
三、开关电源工作频率的影响因素1. 电感元件:工作频率越高,电感元件的体积越小。
同时,高频信号会导致电感元件产生更大的功率损耗,因此需要选择工作频率适中的电感元件来平衡体积和损耗的关系。
2. 开关管:开关管具有较大的开关频率响应能力,但频率过高会产生更大的导通压降和开关损耗。
因此,在选择开关管时,需综合考虑频率响应和损耗的权衡。
3. 输出滤波:工作频率的选择还涉及输出滤波电容的大小。
频率过高会导致输出滤波电容变得更小,从而可能引起输出电压波动或噪声。
四、常见的工作频率范围开关电源的工作频率通常分为几个常见的范围,包括:1. 低频范围(20 kHz以下):适用于需要高功率输出和承受重载的应用,如电感加热、电动工具等。
2. 中频范围(20 kHz至100 kHz):适用于一般的电子设备,如计算机、通信设备等。
在这个频率范围内,可以实现较高的效率和尺寸优势。
3. 高频范围(100 kHz以上):适用于追求小型化和高效率的应用,如笔记本电脑、手机等微型电子设备。
开关电源的原理与设计一、引言开关电源是一种将交流电转换为直流电的电子设备,广泛应用于各种电子设备中。
本文将介绍开关电源的原理与设计。
二、开关电源的原理开关电源的基本原理是利用开关管(MOS管)的导通和截止来控制电源输出。
其主要由输入滤波电路、整流电路、变换电路、输出电路和控制电路等组成。
1. 输入滤波电路输入滤波电路的作用是将交流电转换为稳定的直流电。
它由电容和电感构成,通过对电流的整流和滤波作用,使得输出电压平稳。
2. 整流电路整流电路主要由二极管桥整流电路组成,将交流电转换为脉冲直流电。
二极管桥整流电路具有整流和滤波功能,可以将交流电转换为脉动较小的直流电。
3. 变换电路变换电路是开关电源的核心部分,主要由开关管、变压器和输出电感组成。
开关管的导通和截止控制了电源的输出电压,变压器用于提高或降低电压。
通过开关管的开关动作,可以实现高效率的电能转换。
4. 输出电路输出电路由输出电容和负载组成,用于稳定输出电压并提供给负载使用。
输出电容的作用是存储能量,平稳输出直流电压。
5. 控制电路控制电路主要由控制芯片和反馈电路组成,用于监测和控制输出电压。
控制芯片通过反馈电路不断调整开关管的导通和截止,以保持输出电压的稳定。
三、开关电源的设计开关电源的设计需要考虑输入电压、输出电压、输出功率、效率和稳定性等因素。
1. 输入电压根据应用场景的不同,可以选择不同的输入电压范围。
常见的输入电压有220V交流电和110V交流电。
2. 输出电压输出电压是开关电源设计的关键参数之一,需根据实际需求确定。
常见的输出电压有5V、12V、24V等。
3. 输出功率输出功率是开关电源能够提供的最大功率,需根据负载的功率需求确定。
需要注意的是,输出功率不能超过开关电源的额定功率。
4. 效率开关电源的效率是指输出功率与输入功率的比值,通常以百分比表示。
较高的效率意味着更少的能量损耗,可提高整个系统的能量利用率。
5. 稳定性开关电源的稳定性是指输出电压的稳定性,即在负载变化或输入电压波动时,输出电压的变化情况。
开关电源的工作原理和常见故障分析及维修开关电源的主要电路是由:防雷电路,输入电磁干扰滤波器(Electromagnetic Interference,简称EMI),输入整流滤波电路,功率变换电路,脉宽调制(PWM)控制器电路,输出整流滤波电路组成。
辅助电路有输入过压,欠压保护电路, 输出过压,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:高频脉冲电压。
把高频脉冲电压送给高频变压器,高频变压器的次级(二次侧)就会感应出一定的高频脉冲交流电,并送给高频整流滤波电路进行整流,滤波。
经高频整流滤波后便可得到我们所需的各种直流电压。
输出电压下降或者上升时,由取样电路将取样信号通过光电耦合器(PC817),送入控制电路,经过其内部调制,由控制电路的输出端将变宽的或者变窄的驱动脉冲送到开关功率管的栅极(G 极),使变换电路产生的高频脉冲方波也随之变宽或者变窄,由此改变输出电压平均值的大小,从而使直流电压基本稳定在所须的电压值上。
开关电源的电路原理图如下:开关电源电路原理图开关电源的常见故障分析及维修由于开关电源的输入部份工作在高压,大电流的状态下,故障率最高,如高压大电流整流二极管,滤波电容,开关功率管等较易损坏。
其次就是输出整流部分的整流二极管,保护二极管,滤波电容,限流电阻等较易损坏;再就是脉宽调制控制器的反馈部份和保护部份。
下面就对开关电源常见故障产生的原因作一分析及如何排除这些故障的维修方法。
一.保险丝熔断普通情况下,保险丝熔断说明开关电源的内部电路存在短路或者过流的故障。
由于开关电源工作在高电压,大电流的状态下,直流滤波和变换振荡电路在高压状态工作时间太长,电压变化相对大。
电网电压的波动,浪涌都会引起电源内电流瞬间增大而使保险丝熔断。
重点应检查电源输入端的整流二极管,高压滤波电解电容,开关功率管,UC3842本身及外围元器件等。
检查一下这些元器件有无击穿,开路,损坏,烧焦,炸裂等现象。
开关电源工作原理是什么?开关电源原理图分析开关电源工作原理是什么?开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的道通与截止。
将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压,从而产生所需要的一组或多组电压!转华为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50HZ高很多.所以开关变压器可以做的很小,而且工作时不是很热!!成本很低.如果不将50HZ变为高频那开关电源就没有意开关电源的工作流程是:电源→输入滤波器→全桥整流→直流滤波→开关管(振荡逆变)→开关变压器→输出整流与滤波。
1. 交流电源输入经整流滤波成直流2. 通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上3. 开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载4. 输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西,过滤掉电网上的干扰,同时也过滤掉电源对电网的干扰;在功率相同时,开关频率越高,开关变压器的体积就越小,但对开关管的要求就越高;开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头,以得到需要的输出;一般还应该增加一些保护电路,比如空载、短路等保护,否则可能会烧毁开关电源.主要用于工业以及一些家用电器上,如电视机,电脑等开关电源原理图分析电路的工作过程:a> 开关S开通后,变压器绕组N1两端的电压为上正下负,与其耦合的N2绕组两端的电压也是上正下负.因此VD1处于通态,VD2为断态,电感L的电流逐渐增长;b> S关断后,电感L通过VD2续流,VD1关断.S关断后变压器的激磁电流经N3绕组和VD3流回电源,所以S关断后承受的电压为 .c> 变压器的磁心复位:开关S开通后,变压器的激磁电流由零开始,随着时间的增加而线性的增长,直到S关断.为防止变压器的激磁电感饱和,必须设法使激磁电流在S关断后到下一次再开通的一段时间内降回零,这一过程称为变压器的磁心复位.正激电路的理想化波形:变压器的磁心复位时间为:Tist=N3*Ton/N1输出电压:输出滤波电感电流连续的情况下:Uo/Ui=N2*Ton/N1*T磁心复位过程:2、反激电路反激电路原理图反激电路中的变压器起着储能元件的作用,可以看作是一对相互耦合的电感.工作过程:S开通后,VD处于断态,N1绕组的电流线性增长,电感储能增加;S关断后,N1绕组的电流被切断,变压器中的磁场能量通过N2绕组和VD向输出端释放.S关断后的电压为:us=Ui+N1*Uo/N2反激电路的工作模式:电流连续模式:当S开通时,N2绕组中的电流尚未下降到零.输出电压关系:Uo/Ui=N2*ton/N1*toff电流断续模式:S开通前,N2绕组中的电流已经下降到零.输出电压高于上式的计算值,并随负载减小而升高,在负载为零的极限情况下, ,因此反激电路不应工作于负载开路状态.反激电路的理想化波形。
【很完整】⽜⼈教你开关电源各功能部分原理分析、计算与选型1 开关电源介绍此⽂档是作为张占松⾼级开关电源设计之后的强化培训,基于计划安排,由申⼯讲解了变压器设计之后,在此⽂章中简单带过变压器设计原理,重点讲解电路⼯作原理和设计过程中关键器件计算与选型。
开关电源的⼯作过程相当容易理解,其拥有三个明显特征:开关:电⼒电⼦器件⼯作在开关状态⽽不是线性状态⾼频:电⼒电⼦器件⼯作在⾼频⽽不是接近⼯频的低频直流:开关电源输出的是直流⽽不是交流也可以输出⾼频交流如电⼦变压器1.1 开关电源基本组成部分1.2 开关电源分类:开关电源按照拓扑分很多类型:buck boost 正激反激半桥全桥 LLC 等等,但是从本质上区分,开关电源只有两种⼯作⽅式:正激:是开关管开通时传输能量,反激:开关管关断时传输能量。
下⾯将以反激电源为例进⾏讲解。
1.3 反激开关电源简介反激⼜被称为隔离buck-boost 电路。
基本⼯作原理:开关管打开时变压器存储能量,开关管关断时释放存储的能量反激开关电源根据开关管数⽬可分为双端和单端反激。
根据反激变压器⼯作模式可分为CCM 和DCM 模式反激电源。
根据控制⽅式可分为PFM 和PWM 型反激电源。
根据驱动占空⽐的产⽣⽅式可分为电压型和电流型反激开关电源。
我们所要讲的反激电源精确定义为:电流型PWM 单端反激电源。
1.4 电流型PWM 单端反激电源此类反激电源优点:结构简单价格便宜,适⽤⼩功率电源。
此类反激电源缺点:功率较⼩,⼀般在150w 以下,纹波较⼤,电压负载调整率低,⼀般⼤于5%。
此类反激电源设计难点主要是变压器的设计,特别是宽输⼊电压,多路输出的变压器。
2 举例讲解设计过程为了更清楚了解设计中详细计算过程,我们将以220VAC-380VAC 输⼊,+5V±3%(5A),±15±5%(0.5A)三路共地输出反激电源为例讲解设计过程。
提出上⾯要求,选择思路如下:提出上⾯要求,选择思路如下:电源总输出功率P=5*5W+15*0.5*2=40W 功率较⼩,可以选择反激开关电源。
开关电源工作原理与设计1. 概述开关电源是一种将电能从一种形式转换成另一种形式的电源装置。
它通过开关器件(如晶体管、MOSFET等)来精确控制电路的通断,从而实现对电能的高效调节和转换。
本文将详细介绍开关电源的工作原理和设计。
2. 开关电源工作原理2.1 输入电路开关电源的输入电路通常包括输入滤波电路、整流电路和功率因数校正电路。
-输入滤波电路用于去除输入电源中的高频噪声和杂散信号。
- 整流电路将交流输入转换为直流信号,常见的整流方式有单相整流桥和三相整流桥。
- 功率因数校正电路主要用于改善电源对电网的功率因数,提高电能的利用率。
2.2 PFC控制电路功率因数校正(PFC)是开关电源中的一个重要环节,通过控制输入电流和输入电压之间的相位关系,提高整体效率和功率因数。
常见的PFC控制技术有边界模式控制和谐振模式控制。
2.3 DC-DC变换器DC-DC变换器是开关电源的核心部分,它将输入的直流电压转换为需要的输出电压。
常见的DC-DC变换器包括降压、升压、降压升压和反激式变换器。
2.4 控制电路开关电源中的控制电路主要负责检测输出电压和输出电流,并通过反馈回路对开关器件的导通和断开进行精确控制。
常见的控制技术有电压模式控制和电流模式控制。
3. 开关电源的设计要点3.1 选型与设计在开关电源的设计过程中,需要根据实际需求选择合适的开关器件、电容和电感等元件,并进行适当的参数计算和仿真分析,以保证整体性能和稳定性。
3.2 效率和功率因数开关电源的效率和功率因数是评估其性能的重要指标。
通过合理的拓扑结构设计、优化控制算法和合适的滤波电路,可以提高开关电源的效率和功率因数。
3.3 温度管理由于开关电源中包含许多功率器件,温度管理是开关电源设计中需要重点考虑的问题。
合理的散热设计和温度保护措施可以提高开关电源的可靠性和寿命。
3.4 EMI/EMC设计开关电源可能会产生电磁干扰和接收外部干扰,因此应进行合适的EMI/EMC设计,包括滤波、屏蔽和接地等,以满足相关标准和要求。
4 6000W 电源剖析经实体解剖证实,两种3500W 电源的PFC 贴片控制板电路结构、元器件完全相同。
随后解剖了两种新搞到的6000W 电源证明,其PFC 贴片控制板电路结构与原3500W 也基本相同。
Ascom 公司2000 年投产的两种高档6000W 电源(直流输出48V/112A 和350V/17A),是更换淘汰IBM 军用电源的工业级产品。
说明了PFC 控制电路设计已十分成熟,没有必要再改。
在打开6000W 电源的外壳铁盖后,看到其大号的CBB 多只高压电容器上,均标出了厂年月为“9926”、“9938”等。
其中48V/112A 通信电源的散热器加高了2~3 倍,重达8kg;细看电源主板上的5 只大号φ47mm 磁环电感器与3500W 电源相同,主功率变压器和Boost 储能电感器的外形结构也相似相近,只是又加长了约30%或体积增大了些。
后来解剖发现两种6000W 电源相同的Boost-PFC 大电感器磁芯增加到4 付8 块EE55 组合而成;48V/112A 电源的主功率变压器改用3 块φ73mm 扁平磁环叠合而成。
6000W 电源的MOSFET 均改用工业级标准型号公开的新品,是IR 公司或IXYS 产品,每台电源用6 只MOSFET 均为SOT-227B 封装的四螺孔接线形式,并新增加一块专用功率印制板紧固6 只MOSFET 的漏极、源极、栅极螺孔连线片,明显改进了维修更换条件。
功率板上的99″驱动变压器和驱动IC-M1C4421(99″)等,与3500W 电源相同。
5 高功率因数的实现在实体拆焊解剖原贴片式PFC 控制板时发现二个非常奇怪的现象:一是PFC 主芯片IC脚16 驱动输出端铜箔走线居然被悬空,不接电路板上任何其他元器件;二是IC 脚14 反常地接地线,它原是IC 内部高频振荡器的CT 电容器外接引脚端。
为此,我于2001 年底特别请教了李龙文先生,他是十年前我国最早消化、吸收、引进美国Unitrode 公司专用IC 的开关电源应用专家。
早期问世的UC3854,作为高频有源功率因数校正器的代表性产品,专用于大功率电源抑制谐波电流污染电网,它是国际上经典的PFC 功率因数校正“绿色能源”产品,早已选作美国的国家电源工业标准。
十几年来专业期刊上发表的研究文献,均是整体选用UC3854 作为PFC电路主芯片,没有见过停用UC3854 内部高频振荡器和驱动输出的8 只IC 组合的PFC 设计。
为什么3500W 电源的实测PF≥0.999,能达到如此高性能指标,结论只有在调查的末尾才可得到。
在充分准备之后,用特殊烙铁头逐一拆焊了高密度贴片PFC 控制板上的近百个元器件,并逐一粘固在事先作了编号的硬壳白纸上。
随后又细致测量了每一只电阻器和电容器的实际数值;并用万用表的R×kΩ 档(内含1.5V 电池)、R×10k 档(内含9V+1.5V 电池)量程测量记录了十几只二极管的正向电阻值和反向电阻值,包括整流、开关、稳压二极管,肖特基二极管等。
现给出PFC 控制板拆焊全部贴片元器件,并用砂纸磨掉焊锡和绿漆之后,显露出来的印制板铜箔走线,其正面和反面分别见图6(a)及图6(b)。
然后继续磨掉铜线后,两面分别显现的内部双夹层走线、焊点、绝缘圈等,见图6(c)及图6(d)。
(a) 印刷板正面(b) 印刷板反面(c) 内部夹层一(d) 内部夹层二图6 PFC 控制板拆焊磨漆后显露的铜箔线及磨掉铜箔后显出了内夹层线点图7 是放大的PFC 控制板8 只IC 各引脚铜箔走线实体布局图。
经过反复测查两面的穿心焊点连线之后,可绘制真实的PFC 控制板电路图。
现给出主芯片M1-UC3854(假代号53H1747)与其他7 只IC 内部单元电路相连的关系网图(图8)。
并给出PFC 控制板经插脚与电源整机主板上重点器件的连线简图(图9)。
图7 放大加工后按铜箔走线和焊点绘制的8 只IC 与阻容等连线图图8 PFC 控制板上主芯片M1 与7 只辅助IC 内部单元电路关系网图图9 PFC 控制经插脚与电源整机主板上主要元器件连线简图两种3500W 电源主板上完全相同的PFC 控制板电路,它的奇特之处在于:其主芯片UC3854 只利用了内部电路的前半部分,即线性模拟乘法器和电流误差放大器等;而其他重要的单元电路,如高频振荡器、PWM 比较器、R-S 触发器、逻辑控制电路和开关脉冲预放大驱动器,却反常地留给了PFC 控制板上其他IC(LM319,LM339,LM358 和LM393,74C00,74C04 等共7 只)来分别完成,设计者独辟新路,是为了扩大主芯片控制范围。
PFC 控制板是电源整机实现高功率因数值的指挥中心。
它分3 路分别经3 个插头焊脚送往3 大功率器件,对3500W 高档电源3 个环节实现控制:1)电网输入整流器P425 单相全波整流可控桥,二可控端为G1、G2;2)Buck-PFCIGBT 功率开关管实行分段式控制,在三相或单相输入时工作状态不同;3)Bcost-PFCMOSFET 功率开关管控制脉冲经脚10 输出,又经驱动IC 放大。
对两种3500W 大功率电源整机通电加载,在较重负载时实测PF≥0.998,充分证明了PFC功率因数校正器电路系统的性能高超、设计成熟、巧妙独特。
它在电路整体结构上是一个Buck-Boost 组合的PFC 控制电路,对IGBT 开关管采用分段式控制,即当市电输入电压为三相380V 时,全波整流器输出的100Hz 低频脉动电压峰值达570V 左右,则PFC 控制板自动送出PWM 脉冲到Buck 电路的IGBT 栅极,以PWM 方式对其输出开关脉冲先作降压处理,再送往Boost 变换器储能电感和MOSFET、二极管等。
当市电输入电压为单相220V 时,全波整流器的输出脉动低频电压峰值约310V,于是控制电路自动关断IGBT 栅极的方波电压,使Buck 失效,IGBT 开关不再衰减脉动电压。
在家庭实验条件下只有单相220V 电压。
此时IGBT 处于导通状态,在功率管IGBT 栅极实测到的电压波形不是PWM 矩形波,而是310V、100Hz 脉动电压波形。
因为栅极与射极处于直通状态。
图10 给出了在空载恶劣条件下,实际测量打印的48V、70A 通信电源市电输入电流波形,和最敏感变坏的电流谐波与功率因数值:输入电流波形变为尖窄脉冲、且相位明显偏离输入电压的正弦波相位;总电流谐波高达56.2%(3 次谐波为41.9%,5 次为26.9%,7 次15.8%,9 次14.2%等);功率因数值剧降到0.456,比350V 特种电源空载时的PF=0.859 差了许多(它的电流总谐波仅21.5%、3 次谐波14.6%,5 次为10.5%,7 次5.2%,9 次1.9%等)。
当48V 电源加载到440W 后,其市电输入电流波形明显转好,相位偏离也减小,敏感的电流总谐波降至15%,功率因数值大幅提高到0.958,虽然它接近350V 电源加载到400W 后的PF=0.989,但细看比较48V 电流波形,显然台阶突起仍多尖,不如前者更接近正弦波形,且350W 电源的加载后电流总谐波又显著减小到6.3%。
当48V 电源再加载到942.8W 时,其电流波形也进一步改善为小台阶,电流总谐波又降至7.1%,PF=0.987。
当48V 电源加载到1385W 时,输入电流波形才接近正弦波,PF=0.995,电流总谐波降到4.0%。
(见图10,图11,图12 与表2)。
(a)市电输入电压电流波形(b)电流频谱图10 空载恶劣条件下测量打印48V/70A 电源市电输入波形、电流频谱(a)市电输入电压电流波形(b)电流频谱图11 加载440W 后测量打印48V 电源市电输入波形、电流频谱(a)极轻载:229.5V,1.020A,150.83W,PF=0.645(b)中载Ⅰ:226.0V,4.225A,942.80W,PF=0.987(c)中载Ⅱ:223.7V,6.223A,1385.04W,PF=0.995(d)中载Ⅲ:221.6V,8.264A,1826.50W,PF=0.997(e)重载Ⅰ:219.3V,10.362A,2268.30W,PF=0.998(f)重载Ⅱ:217.6V,12.013A,2610.56W,PF=0.999图12 测量打印48V/70A 电源在另6 种不同负载时的市电输入波形表2 48V/70A 电源在九种不同负载时的功耗、功率因数、电流总谐波、电压总谐波满载时:2904.6W,13.08A,PF=0.999,电流总谐波2.8%,电压总谐波2.7%,3 次谐波电流1.0%分别在空载、轻载、中载、重载、满载等多种不同条件下,测量打印了多台48V 电源和多台350V 电源的许多波形、谐波数据、PF 值后,发现每种电源正常工作时的特性参数基本相似,大同小异。
350V 电源多台的主要性能指标,都明显高于多台48V 通信电源。
6 问题下面为大功率开关电源技术研究者摆出了一些疑问和困惑。
实体解剖48V/70A 电源主板电路元器件,发现两个意外的反常设计:一是直流输出端没有并联泄放电阻,造成空载时副边整流回路电流剧减;二是主功率变压器原边绕组没有串接附加谐振电感器,导致全桥变换器滞后臂开关管轻载时不能实现零电压软开关,使损耗大增。
而相比较之下,350V 电源不但原边绕组串接了铁硅铝磁环的附加谐振电感器,而且副边整流后还增加了先进的有源箝位电路。
这究竟是IBM 电源各个专题组的设计失误造成?还是48V中低压输出大电流电源实际存在的设计难题?或是舰上工作条件无空载?请国内专家帮助分析。
7 测量仪器介绍杭州远方仪表厂2001 年生产的PF9811 智能电量测量仪,是测量各种电源多项电参数,并能够进行记录、数字处理、微机传输的的专用设备。
它对电网电压、电流、功耗、功率因数等测量精度达1/1000;并提供专项测试软件给计算机。
电源通电加载后它有4 个红光显示屏同时给出4 种电参量瞬态值。
当需要测量并打印出电源的市电输入交流电压和电流波形、功率、PF 等时,只须按下“锁存”键,此时4 个显示屏给出的数据,均转为特定负载条件下的稳态值,它们经RS-232 接口送给计算机。
按PF9811 专用软件,每次连续打印出2 页测试报告。
第1 页是图3 中市电输入电流波形、电压波形、频谱特性;第2 页是表1 中1~50 次电压谐波、电流谐波数据群。
特别是能精确打印出某个负载时电源市电输入电流波形,能最直观灵敏真实地反映PFC电路控制电源系统的功率因数校正结果。
这为进一步深入解剖、参数试验、改进设计,提供了关键的判断依据和监测对象。
这种“三合一”高档测量打印方法(PF9811+联想电脑+专用软件),是深入研究全桥变换器移相控制ZVS 大功率开关电源的重要手段。