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快来看看,电源选型的技巧

2019-02-11 10:55 来源:互联网 编辑:niko

电源是将其它形式的能转换成电能的装置。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。常见的电源是干电池(直流电)与家用的110V-220V 交流电源。

优质的电源一般具有FCC、美国UL和中国长城等多国认证标志。这些认证是认证机构根据行业内技术规范对电源制定的专业标准,包括生产流程、电磁干扰、安全保护等,凡是符合一定指标的产品在申报认证通过后,才能在包装和产品表面使用认证标志,具有一定的权威性。

工作原理

发电机能把机械能转换成电能,干电池能把化学能转换成电能。发电机、电池本身并不带电,它的两极分别有正负电荷,由正负电荷产生电压(电流是电荷在电压的作用下定向移动而形成的),电荷导体里本来就有,要产生电流只需要加上电压即可,当电池两极接上导体时为了产生电流而把正负电荷释放出去,当电荷散尽时,也就荷尽流(压)消了。干电池等叫做电源。通过变压器和整流器,把交流电变成直流电的装置叫做整流电源。能提供信号的电子设备叫做信号源。晶体三极管能把前面送来的信号加以放大,又把放大了的信号传送到后面的电路中去。晶体三极管对后面的电路来说,也可以看做是信号源。整流电源、信号源有时也叫做电源。

电源是向电子设备提供功率的装置,也称电源供应器,它提供计算机中所有部件所需要的电能。电源功率的大小,电流和电压是否稳定,将直接影响计算机的工作性能和使用寿命。

计算机电源是一种安装在主机箱内的封闭式独立部件,它的作用是将交流电通过一个开关电源变压器换为5V,-5V,+12V,-12V,+3.3V等稳定的直流电,以供应主机箱内系统版,软盘,硬盘驱动及各种适配器扩展卡等系统部件使用。通俗来讲就是,一个电源坏了,另一个备份电源代替其供电。可以通过为节点和磁盘提供电池后援来增强硬件的可用性。HP 支持的不间断电源(UPS),如 HP PowerTrust,可提防瞬间掉电。磁盘与供电电路的连接方式应使镜像副本分别连接到不同的电源上。根磁盘与其相应的节点应由同一电源电路供电。特别是,群集锁磁盘(当重组群集时用作仲裁器)应该有冗余电源,或者,它能由群集中节点之外的电源供电。HP 代表可提供关于群集的电源、磁盘和 LAN 硬件布局方面的详细信息。目前许多磁盘阵列和其他架装系统含有多个电源输入,它们应部署为设备上的不同电源输入连接到带有两个或三个电源输入的独立电路设备上,这样,一般情况下,只要出现故障的电路不超过一个,系统就能继续正常运行。因此,如果群集中的所有硬件有2个或3个电源输入,则要求至少有三个独立的电路,以确保群集的电路设计中没有单点故障。发电机能把机械能转换成电能,干电池能把化学能转换成电能。发电机、电池本身并不带电,它的两极分别有正负电荷,由正负电荷产生电压(电流是电荷在电压的作用下定向移动而形成的),电荷导体里本来就有,要产生电流只需要加上电压即可,当电池两极接上导体时为了产生电流而把正负电荷释放出去,当电荷散尽时,也就荷尽流(压)消了。干电池等叫做电源。通过变压器和整流器,把交流电变成直流电的装置叫做整流电源。能提供信号的电子设备叫做信号源。晶体三极管能把前面送来的信号加以放大,又把放大了的信号传送到后面的电路中去。晶体三极管对后面的电路来说,也可以看做是信号源。整流电源、信号源有时也叫做电源。

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。

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。

电源分类

普通电源

又可细分为:开关电源、逆变电源、交流稳压电源、直流稳压电源、DC/DC电源、通信电源、模块电源、变频电源、UPS电源、EPS应急电源、净化电源、PC电源、整流电源、定制电源、加热电源、焊接电源/电弧电源、电镀电源、网络电源、电力操作电源、适配器电源、线性电源、电源控制器/驱动器、功率电源、其他普通电源、逆变电源、参数电源、调压电源、变压器电源。

特种电源

特种电源又可细分为:岸电电源、安防电源、高压电源、医疗电源、军用电源、航空航天电源、激光电源、其他特种电源。

特种电源即特殊种类的电源。所谓特殊主要是由于衡量电源的技术指标要求不同于常用的电源,其主要是输出电压特别高,输出电流特别大,或者对稳定度、动态响应及纹波要求特别高,或者要求电源输出的电压或电流是脉冲或其它一些要求。这就使得在设计及生产此类电源时有比普通电源有更特殊甚至更严格的要求。特种电源一般是为特殊负载或场合要求而设计的,它的应用十分广泛。主要有:电镀电解、阳极氧化、感应加热、医疗设备、电力操作、电力试验、环保除尘、空气净化、食品灭菌、激光红外、光电显示等。而在国防及军事上,特种电源更有普通电源不可取代的用途,主要用于:雷达导航、高能物理、等离子体物理及核技术研究等。

1、雷达发射机用的高压电源

在现代雷达发射机中,用行波管(TWT)作为微波功率放大器件占有很大的比例,作为高功率部分,它的可靠性与技术指标如何,对雷达发射机乃至整个雷达有着直接的影响。而支撑着行波管的高压电源(系统)更显得至为重要。开关电源技术作为一种高频、高效电力电子技术,随着电子元器件、产品的不断更新,大功率器件的更新换代,大功率开关电源技术得到了发展。雷达行波管用高压开关电源,可采用全桥谐振PWM调制方式,大功率开关器件采用先进的IGBT模块及先进可靠的驱动电路,使得电源的整体性能良好,稳定度好,并且具有各种保护功能。

工作原理:将50Hz三相380V通过电网滤波器,经整流及滤波得到500多伏的直流电压,供给串联谐振变换器。由于本电源输出高达20kV,为了减轻变压器的设计难度以及减小高压整流二极管的耐压值、提高电源的可靠性,采用变压器两个次级分别全桥整流,然后叠加输出。全桥变换器由四个IGBT、一个高频变压器及整流电路组成。控制电路提供两对彼此绝缘、相位相差180°的脉冲输入到IGBT驱动电路,控制IGBT的通断。将直流电压变换成为交变的20kHz脉冲电压,经变压器及全桥整流和滤波电路,得到几十kV的电压。

2、电子束焊机用大功率高压电源

电子束焊接因具有不用焊条、不易氧化、工艺重复性好及热变形量小的优点而广泛应用于航空航天、原子能、国防及军工、汽车和电气电工仪表等众多行业。电子束焊接的基本原理是电子枪中的阴极由于直接或间接加热而发射电子,该电子在高压静电场的加速下通过电磁场的聚焦就可以形成能量密度极高的电子束,用此电子束去轰击工件,巨大的动能转化为热量,使焊接处工件熔化,形成熔池,从而实现对工件的焊接。

高压电源是设备的关键技术之一,它主要为电子枪提供加速电压,其性能好坏直接决定电子束焊接工艺和焊接质量。电子束焊机用高压电源与其它类型的高压电源相比,具有不同的技术特性,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。电子束焊机用高压电源的操作是必须与有关系统进行连锁保护,主要有真空连锁、阴极连锁、闸阀连锁、聚焦连锁等,以确保设备和人身安全。高压电源必须符合EMC标准,具有软起动功能,防止突然合闸对电源的冲击。

这种电源由于功率大(达30kW),输出电压高(150kV),工作频率较高(20kHz),而对稳定精度、纹波及电压调节率均有较高的要求。选用先进的三相全控可控整流技术、大功率高频逆变器,用新型功率器件IGBT作为功率开关。三相全控可控整流和逆变器各自采用独立的控制板,IGBT驱动采用进口厚膜驱动电路,加上输入电网滤波器和平波电抗器及电容组成的滤波电路。使电源的功率变换部分具有较好的技术先进性和良好的功率变换性。

高压部分:高压变压器磁芯采用最新的非晶态材料,采用独特的高频高压绕制工艺,双高压变压器叠加工作。先进的整流和合理的倍压电路以及高压均压技术保证高压电源的高压部分稳定可靠,反馈及高压指示信号用精密的分压器,由高压输出端直接采样,保证电源有很高的稳压精度、电压调整率和准确可信的高压测量精度。采用合理的高压滤波技术,保证电源有良好的纹波。高压部分放在一个油箱内。

3、高压脉冲电源

在雷达导航设备中,其发射部分一般都需要一高电压、窄脉冲、不同重复频率的强功率脉冲源。这种强功率脉冲源一般通过一个高压电源将市电升为几千伏至几十千伏直流高压,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。

脉冲源主要由高压电源及调制器部分组成,高压电源采用开关稳压电源,调制器采用半导体器件的固态调制器。

使用方给出的触发脉冲是TTL电平的信号,应在输入隔离变压器前增加接口电路,此接口电路一是为了预放大TTL脉冲信号,二是为了与隔离变压器匹配。为了达到隔离的目的,使用方可提供此接口电路的电源,制造方只需提出电源需求并在电路中设计相应的变换、滤波电路即可。

触发脉冲经过脉冲变压器隔离后经过预调器脉冲整形,功率放大后去触发调制板和截尾板工作。由预调器产生的激励脉冲经过变压器隔离去驱动调制板的每一只场效应管,此时调制板导通高压电源送到微波三极管的阳极,微波三极管的阴极电子开始发射,微波三极管将送入输入端的小功率高频信号放大成大功率的高频信号。当脉冲结束时,由预调器产生的截尾脉冲去触发截尾板,截尾板导通后将微波三极管的分布电容释放,所以可以得到很好的脉冲后沿。


电源IC特点

电源IC 种类繁多,共同特点有:

工作电压低:一般的工作电压为3.0~3.6V。有一些工作电压更低,如2.0、2.5、2.7V 等;也有一些工作电压为5V,还有少数12V 或28V 的特殊用途的电压源。

工作电流小:从几毫安到几安都有,但由于大多数嵌入式电子产品的工作电流小于300mA,所以30~300mA 的电源IC在品种及数量上占较大的比例。

封装尺寸小:近年来发展的便携式产品都采用贴片式器件,电源IC 也不例外,主要有SO 封装、SOT-23 封装,μMAX 封装及封装尺寸最小的SC-70 及最新的SMD 封装等,使电源占的空间越来越小。

完善的保护措施:新型电源IC 有完善的保护措施,这包括:输出过流限制、过热保护、短路保护及电池极性接反保护,使电源工作安全可靠,不易损坏。

耗电小及关闭电源功能:新型电源IC 的静态电流都较小,一般为几十μA 到几百μA。个别微功耗的线性稳压器其静态电流仅1.1μA。另外,不少电源IC 有关闭电源控制端功能(用电平来控制),在关闭电源状态时IC 自身耗电在1μA 左右。由于它可使一部分电路不工作,可大大节省电能。例如,在无线通信设备上,在发送状态时可关闭接收电路;在未接收到信号时可关闭显示电路等。

有电源工作状态信号输出:不少便携式电子产品中有单片机,在电源因过热或电池低电压而使输出电压下降一定百分数时,电源IC 有一个电源工作状态信号输给单片机,使单片机复位。利用这个信号也可以做成电源工作状态指示(当电池低电压时,有LED 显示)。

输出电压精度高:一般的输出电压精度为±2~4%之间,有不少新型电源IC 的精度可达±0.5~±1%;并且输出电压温度系数较小,一般在±0.3~±0.5mV/℃,而有一些可达到±0.1mV/℃的水平。线性调整率一般为0.05%~0.1%/V,有的可达0.01%/V;负载调整率一般为0.3~0.5%/mA,有的可达0.01%/mA。

新型组合式电源IC:升压式DC/DC 变换器的效率高但纹波及噪声电压较大,低压差线性稳压器效率低但噪声最小,这两者结合组成的双输出电源IC 可较好地解决效率及噪声的问题。例如,数字电路部分采用升压式DC/DC 变换器电源而对噪声敏感的电路采用LDO 电源。这种电源IC 有MAX710/711,MAX1705/1706 等。另一种例子是电荷泵+LDO 组成,输出稳压的电荷泵电源IC,例如MAX868,它可输出0~-2VIN 可调的稳定电压,并可提供30mA 电流;MAX1673稳压型电荷泵电源IC 输出与VIN 相同的负压,输出电流可达125mA。

1 电源评测主要看哪些

目前市场中大部分电源的拓扑结构相同,一款电源往往由5部分组成,分别是电源市电接入口的设计叫做一级EMI,在一级EMI旁边的是二级EMI,电容一次的部分是一次侧设计(高压滤波电路),在电源的中间是变压器部分,在电源的最右边是电源输出电路设计这里叫做二次侧(低压滤波部分)。玩家们使用的电源大部分都是采用了这样的结构设计,下面我们来具体聊聊有关电源内每一处的设计。

快来看看,电源选型的技巧

电源的这些元气件的设计其实最重要的就是滤波,电源的MWI设计就是为对市电做第一道滤波作用的。其中主要是滤掉高频的杂波和干扰的信号。如果没有EMI滤波电源,这对电源会厂商电磁辐射影响到整个平台的使用。同时我们知道电源的电磁波还会对人体带来伤害,电源中的EMI设计其实就可以避免将电磁辐射泄漏到外面。

2 EMI更好的滤波作用

电源的EMI设计是必不可少的,目前主流电源的EMI设计是直接焊接在电路上。我们通过图片可以看到电源线与电源相链的电路,很多电源这里用的都是黄色的方块以及蓝色的元器件,这个蓝色的分别是X、Y电容,以及铜线圈电感,这样起到的作用是第一重滤波。

说完了一级EMI下面是二级EMI,二级EMI往往是由两个Y电容一个X电容,保险管和一些差模电感和共模电感组成的。这两类电感的作用是更好的滤波以及可以抗干扰。说道共模电感和差模电感,有些玩家不太清楚,共模电感是采用了双线并绕,而差模电感采用的是单线绕制。

电源整流桥的最用是将AC交流电矫正为DC直流电目前我们看到的主流整流桥采用的是四个分立的二极管。

3 PFC是PC电源必有设计

PFC的英文全称为“Power Factor Correction”,意思是“功率因数校正”,功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系,也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。 基本上功率因素可以衡量电力被有效利用的程度,当功率因素值越大,代表其电力利用率越高。目前我们可以见到的PFC有三种,分别是被动式PFC、主动式PFC以及交错式PFC。

被动式PFC电路结构较为简单,其实就是一个巨大而沉重的电感。这个电感一般位于垂直于电源的主PCB板四周的电源壁上,并且一般都有黄色的胶布捆着。同时被动PFC电路也有标准的高压滤波电容,用做电能储备之用。

主动式PFC的电感比被动式PFC的电感药效很多,会有一个比较大的PFC输入滤波薄膜电容,同时我们开可以看到主动式PFC电源有一个PFC电容这个叫做PFC输出电容。如果不是主动式PFC的电源,这个电容叫做主电容,这个电容的主要作用是用来给主动PFC储存电能的。

交错式PFC其实也是属于主动式PFC,是主动式PFC的一种,可以看作是主动式PFC的升级进化产物。交错式PFC与普通主动PFC不同的是,它是由两个大电感组成的,在工作时交错式PFC并联工作。这样的并联方式可以使工作电流更低节省损耗,同时PFC的输入输出电流频率可以增加一倍。

交错PFC电路使用较小的元件,降低成本,改善散热性能,提供功率密度,降低传导损耗,从而提高供电系统效率。

4 成熟半桥与常见正激结构

拓扑主要影响电源的转换效率,动态能力,稳定性等种种方面。但是拓扑结构与电源的功率没有固定搭配关系。并且拓扑结构在分类上是十分细致的,就好像一个树状图,大类上分为正激,全桥,半桥。

半桥拓扑是一种古老的电源结构,半桥结构判断起来比较容易,一般来说电源中间部分的变压器就可以容易的分辨出来是否是半桥拓扑的电源了。半桥拓扑的电源有一个大变压器和两个小的变压器,大变压器是主变压器,两个小的是驱动变压器和辅助变压器。往往半桥的拓扑结构会有被动PFC一起出现。

正激结构可以分为单管正激、双管正激和有源钳位正激,有源钳位正激往往时出现在全汉的电源产品中,这也是正激拓扑的一个升级版,我们可以看到有源钳位有单管和双管两种。正激拓扑结构是现在主流电源所使用的结构,正激电源有一个大的变压器和一个小的变压器,大变压器是住主变压器,小变压器是辅助变压器。

5 高效的LLC谐振结构

LLC谐振是在主流高端高瓦数电源的必备结构,LLC谐振最大的特点是可以将电源的转换效率达到很好。这样的结构的电路上包含有一个谐振电感和谐振电容。与板桥结构一样LLC谐振结构有一个大变压器和两个小变压器,大的是主变压器,小的分别是待机变压器和谐振电路驱动变压器。

了解电源的网友们一定知道LLC谐振结构的电源都会与DC-DC模块共同出现,DC-DC模块输出相比普通变压器变压输出在高负载和负载有落差时都可以保持很好的稳定输出。DC-DC模块很容易辨别出来,多数DC-DC模块都是在电源二次侧电路部分,并且都是用两个PCB版竖起来放置。

说道二次侧,其实二次侧就是电源的低压滤波输出,这也是电源最后输出保证得电路,通过电源内部的转换将电流进行过滤,保证主机内部硬件提供的供电都是纯净的。在二次侧这块最重要的还有滤波电容,这里我们可以看到有的电源使用电解电容,有的使用固态电容,固态电容可以有着更好的滤波效果。

另外电源都会设计有保护芯片,这是电源保障必不可少的。保护芯片可以监控+12V、+5V和+3.3V的输出,实现各路输出的UVP(低电压保护)、OVP(过电压保护)、OCP(过电流保护)、SCP(短路保护),同时部分控制芯片还提供了OTP(过温度保护)或-12 V UVP(低电压保护)的功能,当超出片内设定值后,会自动停止工作,保护电源内部及平台上各配件及元件的运行,内部设计有过载保护以及防雷击功能,可保证整个电源稳定工作。

电源选型指南

1. 输出类型:电源是电子工程师最常接触的仪器,选择电源首先需要选择电源的类型:直流电源、交流电源、变频电源、特种高压电源等。

2. 输出电压:电源所能输出的电压范围。同时需要选择是否需要恒电压输出和过电压保护。

3. 输出电流:电源所能输出的电流范围。同时需要选择是否需要恒电流输出和过流保护。

4. 输出功率:当电源满载时所能输出的最大功率值。

5. 通道数:输出供电接口的路数。

6. 纹波:由于直流稳定电源一般是由交流电源经整流稳压等环节而形成的,这样就不可避免地在直流稳定量中多少带有一些交流成份,这种叠加在直流稳定量上的交流分量就称之为纹波。纹波越小将对电路的工作影响将越小。

7. 负载调整率:当输入电压不变,负载从零变化到额定值时,输出电压的变化。通常用百分比表示。

8. 输出电压编程精度:可编程电源设定值与实际输出值之间的偏差。

电源主要品牌:

阿美特克(AMTEK)

东电化兰达(TDK-lambda)

菊水(KIKUSUI)

惠美(HAMEG)

恩乃普(NF)

致茂(Chroma)

艾德克斯(ITECH)

固纬(GWINSTEK)

电源附件选择:

1. 通信接口:因现在很多大功率电源都是装配在某些特定系统中,所以系统需要哪些特定的通讯接口必须在购买前期进行沟通确认。

选型注意事项:

电源选择时一定要注意考虑电源的用途。例如:对于电容器老炼来说,纹波只要不是太大,一般对电容器老炼质量不会构成影响,所以普通电源即可。而对于高速数字电路,纹波和噪声达到一定幅值后会干扰数字逻辑电路的正常工作,引起误触发和逻辑错误。这时对于电源的选择就应是高精度低纹波和噪声的电源。

标签: 电源选型 芯片

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