现代电源技术. 1(中国电源学会主编)思维导图

应用领域、应用实例
现代电源技术的安全与环保问题
05
1
2
3
当电源系统过载时，电流过大可能导致设备损坏或火灾，因此需要有过载保护措施，如熔断器或过载断路器。
过载保护
短路时电流急剧增大，可能对电源系统造成严重损坏，应采取短路保护措施，如使用熔断器或断路器。
短路保护
为了防止电击事故，电源系统应采取接地保护措施，确保设备外壳接地，并定期检查接地电阻。
接地保护
能效问题
现代电源系统应注重能效问题，采用高效电源和节能技术，减少能源浪费。
电磁辐射
电源系统产生的电磁辐射可能对环境和人体健康造成影响，应采取屏蔽、滤波等措施降低电磁辐射。
废弃物处理
电源系统废弃后可能产生环境污染，应采用环保材料和可回收设计，减少废弃物对环境的影响。
研发高效能、低能耗的电源技术，提高能源利用效率，减少能源浪费。
电源系统的基本组成
02
电源系统的基本结构包括输入电路、主电路、控制电路和输出电路。输入电路负责将外部电源输入到系统中，主电路负责将输入的电能进行转换和传输，控制电路负责调节和控制系统的工作状态，输出电路负责输出符合要求的电能。
电源系统的基本结构还包括散热系统，用于将系统在工作过程中产生的热量散发出去，保证系统的稳定运行。
这些参数对于电源系统的性能评估和优化设计具有重要的意义，通过对这些参数的合理选择和控制，可以实现高性能的电源系统设计。
现代电源技术的主要类型
03
开关电源技术具有较高的能量转换效率，能够减少能源浪费。
高效能
小型化
智能化
由于采用了高频开关，开关电源设备的体积相对较小，便于携带和集成。
开关电源技术可以与微处理器或控制器配合使用，实现电源的智能化管理和控制。

图6-21 电感、电容、三极管型DC/DC变换电路
2．二极管、电容型
图6-22 降压型二极管电容式DC/DC变换电路
3．变压器耦合式DC/DC变换电路
（1）单端反激式变换电路
图6-23 单端反击式变换电路
（2）单端正激式变换电路
图6-24 单端正激式变换电路
（3）推挽式变换电路ຫໍສະໝຸດ 图6-25 推挽式变换电路
（4）半桥式变换电路
图6-26 半桥式变换电路
（5）全桥式变换电路
图6-27 全桥式变换电路
6.3.3 开关稳压电源的组成方式
1．带工频变压器的开关稳压电源
图6-28 带工频变压器的开关稳压电源
2．无工频变压器的开关稳压电源
图6-29 无工频变压器的开关稳压电源
1．半波整流电路
电源变压器T的初级线圈接到220V交流市 电电源上。 次级线圈的交流电压为
图6-1 单相半波整流
全波整流电路分为变压器中心抽头式全 波整流电路和桥式全波整流电路。
2．全波整流电路
（1）变压器中心抽头式全波整流电路
图6-2 变压器中心抽头式全波整流电路
（2）桥式全波整流电路
图6-3 全波整流负载上电流电压波形
图6-18 用运放组成比较放大器的稳压电路
2．集电极输出式串联型晶体管稳压电路
图6-19 带放大环节的集电极输出式串联型稳压电路
6.3 开关直流稳压电路
6.3.1 开关稳压电路 6.3.2 直流/直流变换电路的基本 类型 6.3.3 开关稳压电源的组成方式
6.3.1 开关稳压电路 1．开关稳压电路的基本组成及工作原理
图6-4 桥式整流电路
3．其他整流电路
（1）晶闸管整流电路 ① 单相半波晶闸管整流电路

1.1 什么是现代电源技术
◆电子设备的小型化和低成本化，使电源以轻、
薄、小和高效率为发展方向。传统的线性稳压电 源很难满足现代电子设备发展的要求。
◆开关电源以其体积小、重量轻、效率高性能稳
定等优点逐渐取代传统技术制造的线性电源，并 广泛应用于电子整机和设备中。 ◆现代电源技术指开关电源技术
1.2 开关电源国内外发展状况
1.1 什么是现代电源技术
◆直流电源分为：线性电源和开关电源。 ☞线性电源是指调整管工作在线性状态下的直流 稳压电源。
图1-1 利用可变电阻稳压
1.1 什么是现代电源技术
◆实际电源电路中，通常利用负反馈原理，以输 出电压的变化量去控制晶体管集电极与发射极之 间的电阻值，原理电路见图1-2。
图1-2 利用反馈加晶体管稳压
引言
图 2-1 间接直流变流电路的结构
■同直流斩波电路相比，电路中增加了交流环节，因此也称为直— 交—直电路。 ■采用这种结构较为复杂的电路来完成直流—直流的变换有以下原因 ◆输出端与输入端需要隔离。 ◆某些应用中需要相互隔离的多路输出。 ◆输出电压与输入电压的比例远小于1或远大于1。 ◆交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤 波电容的体积和重量。 ■间接直流变流电路分为单端(Single End)和双端(Double End)电路两 大类，在单端电路中，变压器中流过的是直流脉动电流，而双端电路 中，变压器中的电流为正负对称的交流电流，正激电路和反激电路属 于单端电路，半桥、全桥和推挽电路属于双端电路。
■现代电源技术的概念 ◆电源是产生电能的装置，表示电源特性的参 数有功率、电压、电流以及体积、重量和效率、 可靠性等等。我们所用的电源是指经过转换才能 适合使用的电源。 ☞电源技术其实很大程度上就是电力变换技 术。 ☞电源技术还包括电子器件的制造技术以及 磁技术等。 ☞我们所说的电源技术特指直流电源技术。

稳定性好的表现
现代电源技术通过采用先进的电路拓扑和控制策略，使得电源在各种负载和环 境条件下都能保持稳定的输出性能，提高了设备的可靠性和稳定性。
稳定性好的价值
稳定性好的电源技术对于关键设备和重要设施来说尤为重要，能够保证设备的 正常运行和可靠性，减少因电源故障导致的停机和损失。
可维护性强
可维护性的体现
艺。
可靠性问题
由于电源在各种设备和系统中扮演 着重要的角色，因此提高电源的可 靠性也是一项重要的技术挑战。
成本控制问题
随着能源需求的增加和资源的日益 紧张，如何控制电源的成本也是一 项重要的技术挑战。
未来展望
1 2
新能源的应用
随着新能源技术的不断发展，将新能源应用于电 源技术将是一个重要的未来发展方向。
电源技术的发展历程
01
02
03
线性电源阶段
早期电子设备多采用线性 电源，其结构简单，但效 率低、体积大。
开关电Байду номын сангаас阶段
随着电子设备小型化、高 效化需求，开关电源逐渐 取代线性电源，具有效率 高、体积小等优点。
逆变电源阶段
逆变电源技术是近年来发 展迅速的一种电源技术， 具有更高的转换效率和更 小的体积。
03
现代电源技术的特点与 优势
高效节能
高效节能
现代电源技术采用了先进的功率转换 技术和控制算法，使得电源在转换和 输出电能时具有更高的效率，从而减 少了能源的浪费。
高效节能的应用
高效节能的电源技术广泛应用于各种 领域，如数据中心、通信设备、工业 自动化设备等，有助于降低能源消耗 和运营成本。
稳定性好
电源的分类
按照工作原理的不同，电源可以分为线性电源和开关电源两类。线性电源的工作原理是通过调整晶体 管的静态工作点来改变输出电压，而开关电源则是通过高频开关转换技术来调整输出电压。相比之下 ，开关电源具有更高的效率和体积优势，因此在现代电子设备中得到了广泛应用。

第五章 太阳能供电系统
（2）占地面积大。由于太阳能能量密度低，这就使得光 伏发电系统的占地面积会很大，每10kW光伏发电功率占地约 需100m2，平均每平方米面积发电功率为100W。随着光伏建筑 一体化发电技术的成熟和发展，越来越多的光伏发电系统可以 利用建筑物、构筑物的屋顶和立面，将逐渐克服光伏发电占地 面积大的不足。
第五章 太阳能供电系统 表5－1 主要国家光伏发展中长期规划累计装机量
年份 2008 2010 2020 2030
日本 1.97 8 30 205
欧洲
10 41 200
美国
5 36 200
中国 0.14 0.25 1.6 50
其他
4.75 89.8 1195
第五章 太阳能供电系统
我国的光伏发电市场需求发展速度一直较慢，在2008年 全球新装机容量中的比例和累计装机容量中的比例都很低， 2008年累计装机容量仅占世界总容量的1%，新装机容量在2% 左右。我国传统电价较低，使用光伏产品发电的经济性相对不 足。在财政部补贴政策公布之前，我国针对光伏产业的扶持政 策主要是《可再生能源法》中间接提到过的一些。2009年年 初，为了进一步加大减排力度，同时帮助两头在外的国内光伏 产业健康发展，我国政府出台了具有历史意义的国内光伏补贴 计划。此计划出台后我国的光伏产业走上了康庄大道，相继在 各地区建立了大型光伏发电站，装机量也一路攀升。图5－5所 示为2000—2008年我国光伏系统安装量及增速示意图。
第五章 太阳能供电系统
3. 对于太阳能发电来说，其发电过程没有机械转动部件，也 不消耗燃料，并且不排放包括温室气体在内的任何物质，具有 无噪声、无污染的特点，而且太阳能资源没有地域限制，分布 广泛且取之不尽，用之不竭，因此，与其他新型发电技术(风 力发电与生物质能发电等)相比，太阳能光伏发电是一种具有 可持续发展理想特征（最丰富的资源和最洁净的发电过程）的 可再生能源发电技术。其主要优点有以下几点：

第3版前言
常用文字符号表
第1章 电力系统概论
1.1 电力系统和供配 电系统概述
1.2 电力系统的额定 电压
1.3 电力系统的运行 状态和中性点运行 方...
1.4 电能质量指标
小结
1.5 电力负荷
思考题和习题
第2章 负荷计算
0 1
2.1 负荷 曲线
0 2
2.2 用电设 备的设备容 量
0 4
11.4 谐波 与抑制
0 6
11.6 电力 线路的运行 和维护
0 3
11.3 电压 波动、闪变 与抑制
0 5
11.5 变配 电所的运行 和维护
小结
11.7 供配电系统综 合管理和智能化
思考题和习题
附录A 常用设备的主要技术数据
参考文献
谢谢观看
读书笔记
最 新
版
本
4
小结
5
思考题和习题
第10章 电 气 照 明
0 1
10.1 电气 照明概述
0 2
10.2 常用 照明光源和 灯具
0 3
10.3 照度 计算
0 4
10.4 照明 配电及控制
0 5
小结
0 6
思考题和习 题
第11章 供配电系统的运行和管理
0 1
11.1 节约 电能
0 2
11.2 电压 偏差与调节
0 4
0 3
3.3 无限 大功率电源 供电系统三 相短路电...
0 5
小结
0 6
思考题和习 题
第4章 变配电所及其一次系统
4.1 电压的选择 4.2 变电所的配置
4.3 变压器的选择
4.4 变电所主要电气 设备

Ua
Ui
Ton T
Ui
பைடு நூலகம்
D
（2-1）
式中，Ton为控制开关S接通的时间，T为控制开关S的工作周 期。改变控制开关S的接通时间Ton与关断时间Toff的比例，就 可以改变输出电压uo的平均值Ua。一般称D为占空比，即
Ua
To n T
To n Ton Toff
（2-2）
第二章 高频开关电源
图2－2 串联式开关电源的工作原理图
个方波，方波的幅值Up与有效值Uo两者完全相等；Ui为开关电
源变压器初级线圈N1绕组的输入电压；
第二章 高频开关电源
n为变压比，即开关变压器次级线圈输出电压与初级线圈输入 电压之比，n也可以看成是开关变压器次级线圈N3绕组与初级 线圈N1绕组的匝数比，即N3/N1，简称匝比；i10为变压器初级 线圈中的电流初始值；i1为流过N1线圈的电流；Φ1为穿过N1线 圈的磁通量。i1和Φ1都随时间线性变化。
由式（2－14）可知，在控制开关S1接通期间，推挽式变 换器开关电源变压器次级正激输出电压的幅值只与输入电压和 变压器的次初级变压比有关。
第二章 高频开关电源
2）S2 同理我们也可以求得，当控制开关S2接通时，开关变压器
N3线圈绕组正激输出电压的幅值为
U p
N3 N1
Ui
nUi
i2
i20
Ui L2
串联式开关电源的缺点是输入与输出共用一个地，因此，容易产生 EMI干扰和底板带电，当输入电压为市电整流输出电压的时候，容易引 起触电，对人身不安全。
第二章 高频开关电源
2 大多数开关电源输出的都是直流电压，因此，一般开关电 源的输出电路都带有整流滤波电路。图2－3是带有整流滤波功 能的串联式开关电源的工作原理图。

电源概述
电子束焊机
电源概述
② 雷达专用高压电源 雷达行波管所用的高压电源要求整体性能良好，稳
定度好，并且具有各种保护功能。 另外，雷达一般都需要发射不同重复频率的高电压
窄脉冲信号，这种强功率脉冲一般是通过高压电源模块 将市电升至几千伏甚至几万伏的直流高压，然后由一个 调制器将直流高压调制为所需脉宽及频率的脉冲源以供 发射管使用。
几种具有代表性的特种电源：
① 电子束焊机专用高压电源
电子束焊机用高压电源技术要求主要为纹波系数和 稳定度，纹波系数要求小于1%，稳定度为±1%，甚至 纹波系数小于0.5%，稳定度为±0.5%，同时重复性要 求小于0.5%。以上要求均根据电子束斑和焊接工艺所 决定。高压电源必须符合电磁兼容标准，具有软起动 功能，防止突然合闸对电源的冲击。这种电源功率大 （达30kW），输出电压高（150kV），工作频率较高 （20kHz），而且对电压稳定度、纹波大小及输出电流 等均有较高的要求。
另外高压脉冲电源还被用于经络穴位理 疗仪和经颅磁刺激治疗系统中。
电源概述
计算机X线断层扫描
电源的常用技术指标体系
电源产品是一类特殊的商品，各个国家和地区对其使用安全性 和质量都有严格的要求，因此还专门设立了一些认证机构来验证评 价产品的安全性和质量。
中国国家强制性产品认证
美国保险商实验室
加拿大标准协会
美国联邦通信委员会
欧洲统一认证
电工产品合格测试与认证IEC体系
图1-8 通过相关认证后的产品印上的相应认证标识
电源的常用技术指标体系
输入技术指标
（1）额定输入频率 市电是人们经常使用到的最主要的电源输入，
其频率通常为50Hz或60Hz，但是频率并不是恒定 不变的，其在48～63Hz范围内变化往往不太影响 电源的特性。

*
第三章 现代电源领域新技术 3－1 PFC技术 3－2 同步整流技术 3－3 软开关技术/DC变换技术 第四章 电源中的电子变压器 4－1 变压器的设计与计算 4－2 变压器的典型应用 第五章 开关电源电磁兼容性所涉及的内容 5－1 EMI产生的形式 5－2 EMS的测量 5－3 雷电产生的EMP 5－4 ESD的性能指标 第六章 开关电源的设计与应用
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功率二极管的发展 PIN功率二极管 SBD肖特基势垒功率二极管 耐高压，大电流， 极高的开关频率 低泄漏电流低导通损耗 开关频率不高 不适于高电压大电流的应用 POWER-IC 器件的发展 PWM/MOSFET 二合一IC 集功率开关，控制电路，保护电路与一体， 性价比较高。 TOPS wich系列二合一功率IC TOP220, TOP230, TOP250, 仙童公司 5L系列 0380 1M系列 0880 广泛应用于小家电，通讯设备等 IGBT功率模块 复合功率模块PIM 智能功率模块IPM 电力模块IPEM 电力电子模块PEEB 水平 1200－1800A 600A 1800-3300V 2000V
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教程的目的与要求： 现代电源技术是一门涉及众多学科的的复杂技术，应用领域很广，是电力电子从业人员必修的一门课程 修完该课程应达到以下基本要求 1，了解电源技术的现状，发展，及研究热点 2，熟悉电源关键器件特性类型及应用 3，掌握电源各种先进技术 4，学会简易电源的设计方法，安装及调试技能 5，学会计算机软件仿真，分析方法 成绩评定： 总成绩＝理论分＋实践分（包含平时分） 课程内容安排
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第一章 现代电源技术概述 1－1 现代电源技术的现状与发展 现状：溶入先进的电路技术－PFC技术，同步整流技术 ， 软开关技术 高频磁技术，均流技术，DC/DC技术 先进的半导体技术－PIC器件，模块器件 PWM/MOSFET复合IC功率开关 智能模块 IPM 如：TOPSwitch系列 仙童1M系列 ST的VIPer 系列 三星公司KA系列 水平： 效率－高达93％ 稳压精度－ 0。5 功率因数 －单相 0。97－0。999 噪声电压－宽频噪声，衡重噪声 发展方向：高效率，小型化，集成化，智能化高可靠性