【正文】 直流電源知識交流 內(nèi)容簡介 ◆ 直流電源概述 ◆基礎(chǔ)知識 ◆相控穩(wěn)壓電源 ◆高頻開關(guān)電源 ◆電力直流系統(tǒng) ◆電力專用逆變電源及 UPS 概述 直流穩(wěn)壓電源廣泛地應(yīng)用于通信、 電子儀器、計(jì)算機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化、電力工程、國防 等領(lǐng)域，作為電子設(shè)備的能源供給者，處于非常重要的地位。 直流電源的發(fā)展經(jīng)歷了從線性電源、相控電源到開關(guān)電源的發(fā)展歷程。線性電源和相控電源存在效率低、體積大、 1+1冗余投資大等不足之處。遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足目前的電力工程發(fā)展需要，而以體積小、重量輕、效率高、輸出紋波極低、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、控制精度高、 模塊可疊加輸出、 N+1冗余等為特點(diǎn)的高頻開關(guān)電源正成為電源的主體，并向著高頻小型化、高效率、高可靠性的方向發(fā)展。 ?整流電路 一 、 單相半波整流電路 基礎(chǔ)知識 uD io VD u1 Tr A B RL uo u2 a電路圖 ωt π 4 π 3 π 2 π O ωt O uo ωt O io=iD b波形圖 ?由于整流二極管具有單向?qū)щ娞匦?，因此，?dāng) u2為正半周時(shí)， A端電位高于 B端電位，整流二極管 VD正偏導(dǎo)通（忽略二極管正向?qū)▔航担?；而?dāng) u2為負(fù)半周時(shí)， B端的電位高于 A端，整流二極管 VD反偏截止，因而在 u2的一個(gè)周期內(nèi)，負(fù)載電阻 RL的電壓波形如圖 b所示。由于流過負(fù)載的電流和加在負(fù)載兩端的電壓只有半個(gè)周期的正弦波，故稱半波整流。 輸出平均電壓： 222020 22)()s i n (221)(21 UUtdtUtduUoO ???? ?? ????????iD1,3 iD2,4 VD4 VD3 VD2 VD1 Tr u1 u2 a b RL uo a橋式整流電路 b波形圖 O O O iD1, iD3 iD2, iD4 iD1, iD3 π 4 π 3 π 2 π ωt u2 ωt io ωt uo D1 D3 導(dǎo)通 D2 D4 導(dǎo)通 D1 D3 導(dǎo)通 D2 D4 導(dǎo)通 iD2, iD4 二、單相橋式整流電路 輸出平均電壓： 22 UUU O ???三、三相橋式整流電路 b a c T n 負(fù) 載 i a i d u d VT 1 VT 3 VT 5 VT 4 VT 6 VT 2 d 2 d 1 u 2 u d1 u d2 u 2L u d u ab u ac u bc u ba u ca u cb u ab u ac Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ u a u c u b ? t 1 O ? t O ? t 22 UUU d ???輸出平均電壓： 常用元器件主要有電阻 、 電容 、 電感 、 二極管 、 三極管 、MOS管 、 IGBT、 可控硅 、 高頻變壓器等 。 ?開關(guān)電源主要使用元器件 相控型穩(wěn)壓電源 在由變壓器和二極管組成的整流電路中，當(dāng)輸入交流電壓確定時(shí)，直流輸出電壓也確定，如果需要改變直流輸出電壓，可以采用由晶閘管組成的可控整流電路。這種靠改變晶閘管的導(dǎo)通來控制整流器輸出電壓的，這種類型的電源稱為 相位控制型電源，簡稱相控電源。 相控型穩(wěn)壓電源 TVTR0a) u1u2uVTudid? t1? 2 ? ? t? t? t? tu2uguduVT? ?0b)c)d)e)00單相半波可控整流電路 直流輸出電壓平均值為： ? ????? ?? ?????? 2c o )c o s1(22)(s i n22 1 222d UUttdUU 相控型穩(wěn)壓電源 單相橋式全控控整流電路 直流輸出電壓平均值為： RT?u1u2a)i2abVT1VT3VT2VT4udid? t? t? t000i2udidb)c)d)ud( id)? ?uVT1 , 4? ????? ?? ?????? 2c o o s122)(ds i n21 222d UUttUU 相控型穩(wěn)壓電源 三相橋式全控控整流電路 直流輸出電壓平均值為： bacTn負(fù)載ia idudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1???? ????c o )(s i n63123232d UttdUU ?? ??? 相控型穩(wěn)壓電源 ?通過反饋控制電路，控制觸發(fā)角 的大小，可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓控制 ?相控電源工作在工頻狀態(tài)，頻率低，所以變壓器體積大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，電壓紋波大，效率低 ? 高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源 相對于線性穩(wěn)壓電源而言，開關(guān)穩(wěn)壓電源指電壓調(diào)整功能的器件以開關(guān)方式進(jìn)行工作的一種直流穩(wěn)壓電源。主要指利用高頻開關(guān)功率器件并通過交換技術(shù)而制成的高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源，簡稱開關(guān)電源（ Switching Power Supplies，縮寫 SPS）。 因開關(guān)電源的功率變換器件工作在高頻狀態(tài)，從而大大減小了變壓器的體積，電源具有體積小、重量輕，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、電壓紋波小的優(yōu)點(diǎn)。已經(jīng)逐步取代相控電源，成為電源的主選。 開關(guān)電源按控制方式劃分，大致可分為脈寬調(diào)制（ PWM）開關(guān)電源，脈頻（ PFM）調(diào)制開關(guān)電源，混合調(diào)制（脈寬和脈頻同時(shí)改變）開關(guān)電源等。 當(dāng)開關(guān)頻率較低時(shí)，脈頻調(diào)制（ PFM）方式需要較大的隔離變壓器和輸入輸出濾波器，為此，開關(guān)工作頻率要足夠高。全球范圍內(nèi)，脈寬調(diào)制（ PWM）方式得到最廣泛的應(yīng)用。 高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源 高頻開關(guān)電源基本原理 EMI 濾波 有源功率因 數(shù)校正電路 DCDC變換電路 高頻變 壓器 輸出整流 濾波電路 輸入電流 采樣 驅(qū)動(dòng)電路 PWM邏輯控制電路 輸出電壓 采樣 外圍四遙接口 輔助電源 交流輸入 直流輸出 全橋整流 高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源 ? EMI濾波電路 EMI濾波電路，用來減小電網(wǎng)干擾對開關(guān)電源的影響，同時(shí)抑制電源模塊產(chǎn)生的干擾噪聲進(jìn)入電網(wǎng)，影響其他電氣設(shè)備運(yùn)行。 對于電源主要考慮傳導(dǎo)噪聲，主要采用濾波技術(shù)。濾波器有電阻濾波器、電感濾波器、電容濾波器以及放電器等。 電源輸入 負(fù)載輸出 簡單濾波器示意圖 高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源 ? 全橋整流電路 全橋整流電路將輸入交流整流成脈動(dòng)直流。 ? 有源功率因數(shù)校正電路 高頻開關(guān)電源一般采用電容濾波的方式，交流輸入電壓經(jīng)整流后直接加在濾波電容兩端，以得到較為平直的直流電壓。整流器 電容濾波電路是一個(gè)非線性元件和儲(chǔ)能元件的組合，只有交流輸入電壓高于濾波電容兩端電壓時(shí)，濾波電容才開始充電，因此，雖然輸入交流電壓是正弦，但輸入電流波形是寬度很窄的脈沖，這種脈沖狀電流的諧波分量很大，輸入總諧波失真可高達(dá)100%?130%。