本文轉載自短波收聽愛好者《低壓直流輸出的開關電源和線性電源》 常用的低壓直流開關電源就是將220V交流電經過EMI濾波器后直接整流成300V左右的直流電,通過電路控制開關管進行高速的道通與截止再轉化為高頻率的交流電提供給變壓器進行變壓,從而產生所需要的一組或多組電壓,而后再整流成所需要電壓的直流電。轉化為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比50Hz高很多,所以主變壓器可以做的很小,且使用磁芯,它工作時也不是很熱;另外,在高頻下,貯存能量和濾波電容和電感要比50Hz 下小很多,成本很低。如果不將50Hz 變?yōu)楦哳l那開關電源就沒有意義!開關變壓器也不神秘,就是一個普通的磁芯變壓器!這就是開關電源。 開關電源和線性電源的區(qū)別主要是他們的工作方式。 業(yè)余電臺等無線電通信專用電源交流電源的特殊要求: 1、電臺使用比較規(guī)范的室外天饋系統(tǒng),同軸電纜屏蔽層不參與無線電收發(fā)時主要考慮電源的ESD和電源穩(wěn)壓部分的抗干擾能力。原因是發(fā)射時電源負載阻抗瞬時變化很大,如果處理不當會造成穩(wěn)壓系統(tǒng)取樣和執(zhí)行紊亂,因此須在穩(wěn)壓系統(tǒng)取樣與輸出間加裝低通濾波器。 2、電臺使用很隨意的室外天饋系統(tǒng),同軸電纜屏蔽層參與無線電收發(fā)。此時此刻還需要在220V輸入端加裝低通濾波器抑制干擾。 3、使用昂貴的電臺,因維修費用高,須加裝并聯(lián)型限壓電路以確保在任何時候電臺得到的電壓不超過額定電壓25%。 一. 描述輸入電壓影響輸出電壓的幾個指標形式 1. 絕對穩(wěn)壓系數(shù) A.絕對穩(wěn)壓系數(shù):表示負載不變時,穩(wěn)壓電源輸出直流變化量△U0 與輸入電網變化量△Ui 之比。即:K= U0/ Ui 。 B.相對穩(wěn)壓系數(shù):表示負載不變時,穩(wěn)壓器輸出直流電壓 Uo 的相對變化量△Uo 與輸出電網 Ui 的相對變化量△Ui之比。即:S= Uo/Uo / Ui/Ui 2. 電網調整率 它表示輸入電網電壓由額定值變化±10%時,穩(wěn)壓電源輸出電壓的相對變化量,有時也以絕對值表示。 3. 電壓穩(wěn)定度 負載電流保持為額定范圍內的任何值,輸入電壓在規(guī)定的范圍內變化所引起的輸出電壓相對變化△Uo/Uo(百分值),稱為穩(wěn)壓器的電壓穩(wěn)定度。 二. 負載對輸出電壓影響的幾種指標形式 1. 負載調整率(也稱電流調整率) 在額定電網電壓下,負載電流從零變化到最大時,輸出電壓的最大相對變化量,常用百分數(shù)表示,有時也用絕對變化量表示。 2. 輸出電阻(也稱等效內阻或內阻) 在額定電網電壓下,由于負載電流變化△IL 引起輸出電壓變化△Uo,則輸出電阻為Ro=| Uo/ IL| 歐。 三. 紋波電壓的幾個指標形式 1. 最大紋波電壓 在額定輸出電壓和負載電流下,輸出電壓的紋波(包括噪聲)的絕對值的大小,通常以峰峰值或有效值表示。 2. 紋波系數(shù) Y(%) 在額定負載電流下,輸出紋波電壓的有效值Urms與輸出直流電壓Uo之比,即:y=Umrs/Uo x100% 3. 紋波電壓抑制比 在規(guī)定的紋波頻率(例如 50HZ)下,輸出電壓中的紋波電壓 Ui~與輸出電壓中的紋波電壓 Uo~之比,即:紋波電壓抑制比=Ui~/Uo~ 。 這里聲明一下:噪聲不同于紋波。紋波是出現(xiàn)在輸出端子間的一種與輸入頻率和開關頻率同步的成分,用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在輸出電壓的 0.5%以下;噪聲是出現(xiàn)在輸出端子間的紋波以外的一種高頻成分,也用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在輸出電壓的 1%左右。紋波噪聲是二者的合成,用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在輸出電壓的 2%以下。 四. 沖擊電流 沖擊電流是指輸入電壓按規(guī)定時間間隔接通或斷開時,輸入電流達到穩(wěn)定狀態(tài)前所通過的最大瞬間電流。一般是 20A~30A。 五. 過流保護 是一種電源負載保護功能,以避免發(fā)生包括輸出端子上的短路在內的過負載輸出電流對電源和負載的損壞。過流的給定值一般是額定電流的 110%~130%。 六. 過壓保護 是一種對端子間過大電壓進行負載保護的功能。一般規(guī)定為輸出電壓的 130%~150%。 七. 輸出欠壓保護 當輸出電壓在標準值以下時,檢測輸出電壓下降或為保護負載及防止誤操作而停止電源并發(fā)出報警信號,多為輸出電壓的 80%~30%左右。 八. 過熱保護 在電源內部發(fā)生異?;蛞蚴褂貌划敹闺娫礈厣瑯藭r停止電源的工作并發(fā)出報警信號。 九. 溫度漂移和溫度系數(shù) 溫度漂移:環(huán)境溫度的變化影響元器件的參數(shù)的變化,從而引起穩(wěn)壓器輸出電壓變化。常用溫度系數(shù)表示溫度漂移的大小。絕對溫度系數(shù):溫度變化1℃引起輸出電壓值的變化△UoT,單位是 V/℃或毫伏每攝氏度。相對溫度系數(shù):溫度變化1℃引起輸出電壓相對變化△UoT/Uo,單位是 V/℃。 十. 漂移 穩(wěn)壓器在輸入電壓、負載電流和環(huán)境溫度保持一定的情況下,元件參數(shù)的穩(wěn)定性也會造成輸出電壓的變化,慢變化叫漂移,快變化叫噪聲,介于兩者之間叫起伏。 表示漂移的方法有兩種: 1. 在指定的時間內輸出電壓值的變化△Uot。 2. 在指定時間內輸出電壓的相對變化△Uot/Uo。 考察漂移的時間可以定為 1 分鐘、10 分鐘、1 小時、8 小時或更長。只在精度較高的穩(wěn)壓器中,才有溫度系數(shù)和溫漂兩項指標。 十一. 響應時間 是指負載電流突然變化時,穩(wěn)壓器的輸出電壓從開始變化到達新的穩(wěn)定值的一段調整時間。在直流穩(wěn)壓器中,則是用在矩形波負載電流時的輸出電壓波形來表示這個特性,稱為過度特性。 十二. 失真 這是交流穩(wěn)壓器特有的。是指輸出波形不是正 波形,產生波形畸變,稱為畸變。 十三. 噪聲 按 30HZ~18kHZ 的可聽頻率規(guī)定,這對開關電源的轉換頻率不成問題,但對帶風扇的電源要根據(jù)需要加以規(guī)定。 十四.輸入噪聲 為使開關電源工作保持正常狀態(tài),要根據(jù)額定輸入條件,按由允許輸入外并疊加于工業(yè)用頻率的脈沖狀電壓(0~peak)制定輸入噪聲指標。一般外加脈沖寬度為 100~800us,外加電壓 1000V。 十五. 浪涌 這是在輸入電壓,以 1 分鐘以上的間隔按規(guī)定次數(shù)加一種浪涌電壓,以避免發(fā)生絕緣破壞、閃絡、電弧等異?,F(xiàn)象。通信設備等規(guī)定的數(shù)值為數(shù)千伏,一般為 1200V。 十六. 靜電噪聲 指在額定輸入條件下,外加到電源框體的任意部分時,全輸出電路能保持正常工作狀態(tài)的一種重復脈沖狀的靜電。一般保證 5~10KV 以內。 十七. 穩(wěn)定度 允許使用條件下,輸出電壓最大相對變化△Uo/Uo 。 十八. 電氣安全要求(GB 4943-90) 1. 電源結構的安全要求 1) 空間要求。UL、CSA、VDE 安全規(guī)范強調了在帶電部分之間和帶電部分與非帶電金屬部分之間的表面、空間的距離要求。UL、CSA 要求:極間電壓大于等于 250VAC 的高壓導體之間,以及高壓導體與非帶電金屬部分之間(這里不包括導線間),無論在表面間還是在空間,均應有 0.1 英寸的距離;VDE 要求交流線之間有 3mm 的徐變或2mm 的凈空隙;IEC 要求:交流線間有 3mm 的凈空間隙及在交流線與接地導體間的 4mm 的凈空間隙。另外,VDE、IEC 要求在電源的輸出和輸入之間,至少有 8mm 的空間間距。 2) 電介質實驗測試方法(打高壓:輸入與輸出、輸入和地、輸入 AC 兩級之間)。 3) 漏電流測量。漏電流是流經輸入側地線的電流,在開關電源中主要是通過靜噪濾波器的旁路電容器泄露電流。UL、CSA 均要求暴露的不帶電的金屬部分均應與大地相接,漏電流測量是通過將這些部分與大地之間接一個 1.5K歐的電阻,其漏電流應該不大于 5 毫安。VDE 允許:用 1.5K 歐的電阻與 150nP 電容并接。并施加 1.06 倍額定使用電壓,對數(shù)據(jù)處理設備,漏電流應不大于 3.5 毫安。一般是 1 毫安左右。 4) 絕緣電阻測試。 VDE 要求:輸入和低電壓輸出電路之間應有 7M 歐的電阻,在可接觸到的金屬部分和輸入之間,應有 2M 歐的電阻或加 500V 直流電壓持續(xù) 1 分鐘。 5) 印制電路板要求。要求是 UL 認證的 94V-2 材料或比此更好的材料。 2. 對電源變壓器結構的安全要求 1) 變壓器的絕緣。變壓器的繞組使用的銅線應為漆包線,其他金屬部分應涂有瓷、漆等絕緣物質。 2) 變壓器的介電強度。在實驗中不應出現(xiàn)絕緣層破裂和飛弧現(xiàn)象。 3) 變壓器的絕緣電阻。變壓器繞組間的絕緣電阻至少為 10M 歐,在繞組與磁心、骨架、屏蔽層間施加 500 伏直流電壓,持續(xù) 1 分鐘,不應出現(xiàn)擊穿、飛弧現(xiàn)象。 4) 變壓器濕度電阻。變壓器必須在放置于潮濕的環(huán)境之后,立即進行絕緣電阻和介電強度實驗,并滿足要求。潮濕環(huán)境一般是:相對濕度為 92%(公差為 2%),溫度穩(wěn)定在 20 到 30 攝氏度之間,誤差允許 1%,需在內放置至少48 小時之后,立即進行上述實驗。此時變壓器的本身溫度不應該較進入潮濕環(huán)境之前測試高出 4 攝氏度。 5) VDE 關于變壓器溫度特性的要求。 6) UL、CSA 關于變壓器溫度特性的要求。 3. 功率因數(shù)校正要求 為減少開關電源對電網的污染,國際電工委員會和一些國家與地區(qū)推出了IEC1000-3-2和EN61000-3-2等標準,對電流諧波作出了限量規(guī)定。為滿足輸入電流諧波限制要求,最有效的技術手段就有源功率因數(shù)校正(有源PFC)。 圖1是開關電源輸入級的整流電路(不含EMC),開
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