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電源是將其它形式的能轉換成電能并向電路(電子設備)提供電能的裝置。
電源自“磁生電”原理,由水力、風(fēng)力、海潮、水壩水壓差、太陽(yáng)能等可再生能源,及燒煤炭、油渣等產(chǎn)生電力來(lái)源。
常見(jiàn)的電源是干電池(直流電)與家用的110V-220V 交流電源。
性能指標
優(yōu)質(zhì)的電源一般具有FCC、美國UL和中國長(cháng)城等多國認證標志。這些認證是認證機構根據行業(yè)內技術(shù)規范對電源制定的專(zhuān)業(yè)標準,包括生產(chǎn)流程、電磁干擾、安全保護等,凡是符合一定指標的產(chǎn)品在申報認證通過(guò)后,才能在包裝和產(chǎn)品表面使用認證標志,具有一定的權威性。
電源分類(lèi)
直流電源
直流電源(DC power)有正、負兩個(gè)電極,正極的電位高,負極的電位低,當兩個(gè)電極與電路連通后,能夠使電路兩端之間維持恒定的電位差,從而在外電路中形成由正極到負極的電流。 單靠水位高低之差不能維持穩恒的水流,而借助于水泵持續地把水由低處送往高處就能維持一定的水位差而形成穩恒的水流。與此類(lèi)似,單靠電荷所產(chǎn)生的靜電場(chǎng)不能維持穩恒的電流,而借助于直流電源,就可以利用非靜電作用(簡(jiǎn)稱(chēng)為非靜電力)使正電荷由電位較低的負極處經(jīng)電源內部返回到電位較高的正極處,以維持兩個(gè)電極之間的電位差,從而形成穩恒的電流。因此,直流電源是一種能量轉換裝置,它把其他形式的能量轉換為電能供給電路,以維持電流的穩恒流動(dòng)。
交流電源
交流電源能夠提供一個(gè)穩定電壓和頻率的電源稱(chēng)交流穩定電源。國內多數廠(chǎng)家所做的工作是交流電壓穩定。下面結合市場(chǎng)有的交流穩壓電源簡(jiǎn)述其分類(lèi)特點(diǎn)。參數調整(諧振)型這類(lèi)穩壓電源,穩壓的基本原理是LC串聯(lián)諧振,早期出現的磁飽和型穩壓器就屬于這一類(lèi).它的優(yōu)點(diǎn)是:結構簡(jiǎn)單,無(wú)眾多的元器件,可靠性相當高穩壓范圍相當寬,抗干擾和抗過(guò)載能力強。缺點(diǎn)是:能耗大、噪聲大、笨重且造價(jià)高。
普通電源
又可細分為:開(kāi)關(guān)電源、逆變電源、交流穩壓電源、直流穩壓電源、DC/DC電源、通信電源、模塊電源、變頻電源、UPS電源、EPS應急電源、凈化電源、PC電源、整流電源、定制電源、加熱電源、焊接電源/電弧電源、電鍍電源、網(wǎng)絡(luò )電源、電力操作電源、適配器電源、線(xiàn)性電源、電源控制器/驅動(dòng)器、功率電源、其他普通電源、逆變電源、參數電源、調壓電源、變壓器電源。
特種電源
特種電源又可細分為:岸電電源、安防電源、高壓電源、醫療電源、軍用電源、航空航天電源、激光電源、其他特種電源。
特種電源即特殊種類(lèi)的電源。所謂特殊主要是由于衡量電源的技術(shù)指標要求不同于常用的電源,其主要是輸出電壓特別高,輸出電流特別大,或者對穩定度、動(dòng)態(tài)響應及紋波要求特別高,或者要求電源輸出的電壓或電流是脈沖或其它一些要求。這就使得在設計及生產(chǎn)此類(lèi)電源時(shí)有比普通電源有更特殊甚至更嚴格的要求。特種電源一般是為特殊負載或場(chǎng)合要求而設計的,它的應用十分廣泛。主要有:電鍍電解、陽(yáng)極氧化、感應加熱、醫療設備、電力操作、電力試驗、環(huán)保除塵、空氣凈化、食品滅菌、激光紅外、光電顯示等。而在國防及軍事上,特種電源更有普通電源不可取代的用途,主要用于:雷達導航、高能物理、等離子體物理及核技術(shù)研究等。
1、雷達發(fā)射機用的高壓電源
在現代雷達發(fā)射機中,用行波管(TWT)作為微波功率放大器件占有很大的比例,作為高功率部分,它的可靠性與技術(shù)指標如何,對雷達發(fā)射機乃至整個(gè)雷達有著(zhù)直接的影響。而支撐著(zhù)行波管的高壓電源(系統)更顯得至為重要。開(kāi)關(guān)電源技術(shù)作為一種高頻、高效電力電子技術(shù),隨著(zhù)電子元器件、產(chǎn)品的不斷更新,大功率器件的更新?lián)Q代,大功率開(kāi)關(guān)電源技術(shù)得到了發(fā)展。雷達行波管用高壓開(kāi)關(guān)電源,可采用全橋諧振PWM調制方式,大功率開(kāi)關(guān)器件采用先進(jìn)的IGBT模塊及先進(jìn)可靠的驅動(dòng)電路,使得電源的整體性能良好,穩定度好,并且具有各種保護功能。
工作原理:將50Hz三相380V通過(guò)電網(wǎng)濾波器,經(jīng)整流及濾波得到500多伏的直流電壓,供給串聯(lián)諧振變換器。由于本電源輸出高達20kV,為了減輕變壓器的設計難度以及減小高壓整流二極管的耐壓值、提高電源的可靠性,采用變壓器兩個(gè)次級分別全橋整流,然后疊加輸出。全橋變換器由四個(gè)IGBT、一個(gè)高頻變壓器及整流電路組成??刂齐娐诽峁﹥蓪Ρ舜私^緣、相位相差180的脈沖輸入到IGBT驅動(dòng)電路,控制IGBT的通斷。將直流電壓變換成為交變的20kHz脈沖電壓,經(jīng)變壓器及全橋整流和濾波電路,得到幾十kV的電壓。
2、電子束焊機用大功率高壓電源
電子束焊接因具有不用焊條、不易氧化、工藝重復性好及熱變形量小的優(yōu)點(diǎn)而廣泛應用于航空航天、原子能、國防及軍工、汽車(chē)和電氣電工儀表等眾多行業(yè)。電子束焊接的基本原理是電子槍中的陰極由于直接或間接加熱而發(fā)射電子,該電子在高壓靜電場(chǎng)的加速下通過(guò)電磁場(chǎng)的聚焦就可以形成能量密度極高的電子束,用此電子束去轟擊工件,巨大的動(dòng)能轉化為熱量,使焊接處工件熔化,形成熔池,從而實(shí)現對工件的焊接。
高壓電源是設備的關(guān)鍵技術(shù)之一,它主要為電子槍提供加速電壓,其性能好壞直接決定電子束焊接工藝和焊接質(zhì)量。電子束焊機用高壓電源與其它類(lèi)型的高壓電源相比,具有不同的技術(shù)特性,技術(shù)要求主要為紋波系數和穩定度,紋波系數要求小于1%,穩定度為1%,甚至紋波系數小于0.5%,穩定度為0.5%,同時(shí)重復性要求小于0.5%。以上要求均根據電子束斑和焊接工藝所決定。電子束焊機用高壓電源的操作是必須與有關(guān)系統進(jìn)行連鎖保護,主要有真空連鎖、陰極連鎖、閘閥連鎖、聚焦連鎖等,以確保設備和人身安全。高壓電源必須符合EMC標準,具有軟起動(dòng)功能,防止突然合閘對電源的沖擊。
這種電源由于功率大(達30kW),輸出電壓高(150kV),工作頻率較高(20kHz),而對穩定精度、紋波及電壓調節率均有較高的要求。選用先進(jìn)的三相全控可控整流技術(shù)、大功率高頻逆變器,用新型功率器件IGBT作為功率開(kāi)關(guān)。三相全控可控整流和逆變器各自采用獨立的控制板,IGBT驅動(dòng)采用進(jìn)口厚膜驅動(dòng)電路,加上輸入電網(wǎng)濾波器和平波電抗器及電容組成的濾波電路。使電源的功率變換部分具有較好的技術(shù)先進(jìn)性和良好的功率變換性。
高壓部分:高壓變壓器磁芯采用最新的非晶態(tài)材料,采用獨特的高頻高壓繞制工藝,雙高壓變壓器疊加工作。先進(jìn)的整流和合理的倍壓電路以及高壓均壓技術(shù)保證高壓電源的高壓部分穩定可靠,反饋及高壓指示信號用精密的分壓器,由高壓輸出端直接采樣,保證電源有很高的穩壓精度、電壓調整率和準確可信的高壓測量精度。采用合理的高壓濾波技術(shù),保證電源有良好的紋波。高壓部分放在一個(gè)油箱內。
3、高壓脈沖電源
在雷達導航設備中,其發(fā)射部分一般都需要一高電壓、窄脈沖、不同重復頻率的強功率脈沖源。這種強功率脈沖源一般通過(guò)一個(gè)高壓電源將市電升為幾千伏至幾十千伏直流高壓,然后由一個(gè)調制器將直流高壓調制為所需脈寬及頻率的脈沖源以供發(fā)射管使用。
脈沖源主要由高壓電源及調制器部分組成,高壓電源采用開(kāi)關(guān)穩壓電源,調制器采用半導體器件的固態(tài)調制器。
使用方給出的觸發(fā)脈沖是TTL電平的信號,應在輸入隔離變壓器前增加接口電路,此接口電路一是為了預放大TTL脈沖信號,二是為了與隔離變壓器匹配。為了達到隔離的目的,使用方可提供此接口電路的電源,制造方只需提出電源需求并在電路中設計相應的變換、濾波電路即可。
觸發(fā)脈沖經(jīng)過(guò)脈沖變壓器隔離后經(jīng)過(guò)預調器脈沖整形,功率放大后去觸發(fā)調制板和截尾板工作。由預調器產(chǎn)生的激勵脈沖經(jīng)過(guò)變壓器隔離去驅動(dòng)調制板的每一只場(chǎng)效應管,此時(shí)調制板導通高壓電源送到微波三極管的陽(yáng)極,微波三極管的陰極電子開(kāi)始發(fā)射,微波三極管將送入輸入端的小功率高頻信號放大成大功率的高頻信號。當脈沖結束時(shí),由預調器產(chǎn)生的截尾脈沖去觸發(fā)截尾板,截尾板導通后將微波三極管的分布電容釋放,所以可以得到很好的脈沖后沿。
常見(jiàn)類(lèi)型
交流穩壓電源
能夠提供一個(gè)穩定電壓和頻率的電源稱(chēng)交流穩定電源。國內多數廠(chǎng)家所做的工作是交流電壓穩定。下面結合市場(chǎng)有的交流穩壓電源簡(jiǎn)述其分類(lèi)特點(diǎn)。
參數調整(諧振)型
這類(lèi)穩壓電源,穩壓的基本原理是LC串聯(lián)諧振,早期出現的磁飽和型穩壓器就屬于這一類(lèi)。它的優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單,無(wú)眾多的元器件,可靠性相當高穩壓范圍相當寬,抗干擾和抗過(guò)載能力強.缺點(diǎn)是能耗大、噪聲大、笨重且造價(jià)高。
在磁飽和原理的基礎上的發(fā)育進(jìn)形成的參數穩壓器和我國50年代已流行的“磁放大器調整型電子交流穩壓器(即614型)均屬此類(lèi)原理的交流穩壓器。
自耦(變比)調整型
1、機械調壓型,即以伺服電機帶動(dòng)炭刷在自耦變壓器的的繞組滑動(dòng)面上移動(dòng),改變Vo對Vi的比值,以實(shí)現輸出電壓的調整和穩定。該種穩壓器可以從幾百瓦到幾千瓦。它的特點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單,造價(jià)低,輸出波形失真??;但由于炭刷滑動(dòng)接點(diǎn)易產(chǎn)生電火花,造成電刷損壞以至燒毀而失效;且電壓調整速度慢。
2、改變抽頭型,將自耦變壓器做成多個(gè)固定抽頭,通過(guò)繼電器或可控硅(固態(tài)繼電器)做為開(kāi)關(guān)器10件,自動(dòng)改變抽頭位置,從而實(shí)現輸出電壓的穩定。
該種型穩壓器優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單,穩壓范圍寬(130V-280V),效率高(95%),價(jià)格低。而缺點(diǎn)是穩壓精度低(8~10%)工作壽命短,它適用于家庭給空調器供電。
大功率補償型凈化型穩壓器(含精密型穩壓器)
它用補償環(huán)節實(shí)現輸出電壓的穩定,易實(shí)現微機控制。
它的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性能好,穩壓精度高(1%)、響應快(40~60ms)、電路簡(jiǎn)單、工作可靠。缺點(diǎn)是:帶計算機,程控交換機等非線(xiàn)性負載時(shí)有低頻振蕩現象;輸入側電流失真度大,源功率因數較低;輸出電壓對輸入電壓有相移。對抗干擾功能要求較高的單位,在城市里應用為宜,計算機供電時(shí),必須選用計算機總功率的2-3倍左右穩壓器來(lái)使用。因具有穩壓、抗干擾,響應速度快、價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn),所以應用廣泛。
開(kāi)關(guān)型交流穩壓電源
它應用于高頻脈寬調制技術(shù),與一般開(kāi)關(guān)電源的區別是它的輸出量必須是與輸入側同上頻、同相的交流電壓。它的輸出電壓波型有準方波、梯型波、正弦波等,市場(chǎng)上的不間斷電源(UPS)抽掉其中的蓄電源和充電器,就是一臺開(kāi)關(guān)型交流穩壓電源的穩壓性好,控制功能強,易于實(shí)現智能化,是非常具有前途的交流穩壓電源。但因其電路復雜,價(jià)格較高,所以推廣較慢。
直流穩定電源
直流穩定電源按習慣可分為化學(xué)電源,線(xiàn)性穩定電源和開(kāi)關(guān)型穩定電源,它們又分別具有各種不同類(lèi)型:
化學(xué)電源
平常所用的干電池、鉛酸蓄電池、鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池均屬于這一類(lèi),各有其優(yōu)缺點(diǎn)。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,又產(chǎn)生了智能化電池;在充電電池材料方面,美國研制人員發(fā)現錳的一種碘化物,用它可以制造出便宜、小巧、放電時(shí)間長(cháng),多次充電后仍保持性能良好的環(huán)保型充電電池。
線(xiàn)性穩定電源
線(xiàn)性穩定電源有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是它的功率器件調整管工作在線(xiàn)性區,靠調整管之間的電壓降來(lái)穩定輸出。由于調整管靜態(tài)損耗大,需要安裝一個(gè)很大的散熱器給它散熱。而且由于變壓器工作在工頻(50Hz)上,所以重量較大。
該類(lèi)電源優(yōu)點(diǎn)是穩定性高,紋波小,可靠性高,易做成多路,輸出連續可調的成品。缺點(diǎn)是體積大、較笨重、效率相對較低。這類(lèi)穩定電源又有很多種,從輸出性質(zhì)可分為穩壓電源和穩流電源及集穩壓、穩流于一身的穩壓穩流(雙穩)電源。從輸出值來(lái)看可分定點(diǎn)輸出電源、波段開(kāi)關(guān)調整式和電位器連續可調式幾種。從輸出指示上可分指針指示型和數字顯示式型等等。
開(kāi)關(guān)型直流穩壓電源
與線(xiàn)性穩壓電源不同的一類(lèi)穩電源就是開(kāi)關(guān)型直流穩壓電源,它的電路型式主要有單端反激式,單端正激式、半橋式、推挽式和全橋式。它和線(xiàn)性電源的根本區別在于它變壓器不工作在工頻而是工作在幾十千赫茲到幾兆赫茲。功能管不是工作在飽和就是截止區即開(kāi)關(guān)狀態(tài);開(kāi)關(guān)電源因此而得名。
開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)是體積小,重量輕,穩定可靠;缺點(diǎn)相對于線(xiàn)性電源來(lái)說(shuō)紋波較大(一般1%VO(P-P),好的可做到十幾mV(P-P)或更?。?。它的功率可自幾瓦-幾千瓦均有產(chǎn)品。價(jià)位為3元-十幾萬(wàn)元/瓦,下面就一般習慣分類(lèi)介紹幾種開(kāi)關(guān)電源:
1、AC/DC電源
該類(lèi)電源也稱(chēng)一次電源AC是交流,DC是直流,它自電網(wǎng)取得能量,經(jīng)過(guò)高壓整流濾波得到一個(gè)直流高壓,供DC/DC變換器在輸出端獲得一個(gè)或幾個(gè)穩定的直流電壓,功率從幾瓦-幾千瓦均有產(chǎn)品,用于不同場(chǎng)合。屬此類(lèi)產(chǎn)品的規格型號繁多,據用戶(hù)需要而定通信電源中的一次電源(AC220輸入,DC48V或24V輸出)也屬此類(lèi).
2、DC/DC電源
在通信系統中也稱(chēng)二次電源,它是由一次電源或直流電池組提供一個(gè)直流輸入電壓,經(jīng)DC/DC變換以后在輸出端獲一個(gè)或幾個(gè)直流電壓。
3、通信電源
通信電源其實(shí)質(zhì)上就是DC/DC變換器式電源,只是它一般以直流-48V或-24V供電,并用后備電池作DC供電的備份,將DC的供電電壓變換成電路的工作電壓,一般它又分中央供電、分層供電和單板供電三種,以后者可靠性最高。
4、電臺電源
電臺電源輸入AC220V/110V,輸出DC13.8V,功率由所供電臺功率而定,幾安幾百安均有產(chǎn)品.為防止AC電網(wǎng)斷電影響電臺工作,而需要有電池組作為備份,所以此類(lèi)電源除輸出一個(gè)13.8V直流電壓外,還具有對電池充電自動(dòng)轉換功能。
5、模塊電源
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展,對電源可靠性、容量/體積比要求越來(lái)越高,模塊電源越來(lái)越顯示其優(yōu)越性,它工作頻率高、體積小、可靠性高,便于安裝和組合擴容,所以越來(lái)越被廣泛采用。國內雖有相應模塊生產(chǎn),但因生產(chǎn)工藝未能趕上國際水平,故障率較高。
DC/DC模塊電源雖然成本較高,但從產(chǎn)品的漫長(cháng)的應用周期的整體成本來(lái)看,特別是因系統故障而導致的高昂的維修成本及商譽(yù)損失來(lái)看,選用該電源模塊還是合算的,在此還值得一提的是羅氏變換器電路,它的突出優(yōu)點(diǎn)是電路結構簡(jiǎn)單,效率高和輸出電壓、電流的紋波值接近于零。
6、特種電源
高電壓小電流電源、大電流電源、400Hz輸入的AC/DC電源等,可歸于此類(lèi),可根據特殊需要選用。開(kāi)關(guān)電源的價(jià)位一般在2-8元/瓦特殊小功率和大功率電源價(jià)格稍高,可達11-13元/瓦。
使用領(lǐng)域
電源產(chǎn)品廣泛應用于工業(yè)自動(dòng)化控制、軍工設備、科研設備、工控設備、計算機和電腦、通訊設備、電力設備、儀器儀表、醫療設備、半導體制冷制熱等領(lǐng)域。