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電源供應(yīng)器:基本概念與特性

深圳市浮思特科技有限公司 ? 2024-01-10 14:40 ? 次閱讀

電源供應(yīng)器,與其適配的產(chǎn)品一致,已經(jīng)在個人電腦接口模擬電池和太陽能電池等電源,以及在執(zhí)行測試序列等方面取得了顯著的進(jìn)步。現(xiàn)代電源供應(yīng)器已經(jīng)發(fā)展成一種復(fù)雜的設(shè)備。

現(xiàn)代電源測試設(shè)備已經(jīng)超越了僅僅提供直流輸出的功能。電源供應(yīng)器已經(jīng)演變成能夠與個人電腦接口,模擬各種電源,執(zhí)行各種測試序列的設(shè)備。這類設(shè)備的功率范圍可以從30瓦到60千瓦,電壓可高達(dá)2000伏,電流可高達(dá)1000安培。因此,電源供應(yīng)器已經(jīng)成為一種高度復(fù)雜的設(shè)備。

直流電源供應(yīng)器概述

一個直流電源供應(yīng)器主要包含幾個基本的電路模塊。變壓器將電路的其余部分與交流電路電氣隔離,并根據(jù)電源所需的最大直流輸出電壓,對來自交流電路的電壓進(jìn)行升高或降低。整流器模塊將變壓器的交流電壓轉(zhuǎn)換為單向交流電壓。然后,濾波器模塊將單向交流轉(zhuǎn)換為帶有紋波效應(yīng)的不完美直流電壓。穩(wěn)壓器調(diào)整輸出電壓到所需的水平,并進(jìn)一步進(jìn)行濾波,以便輸出是恒定的直流電壓。

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輸出誤差

直流電源供應(yīng)器的輸出并不總是能精確地提供用戶設(shè)定的電壓。制造商會基于組件的公差來定義直流輸出的準(zhǔn)確性。制造商還可能指定一個溫度系數(shù)來補(bǔ)償輸出誤差。直流輸出低于預(yù)設(shè)值的另一個原因是,在高電流負(fù)載下,內(nèi)部電阻的電壓降低了。制造商將此效應(yīng)定義為負(fù)載調(diào)節(jié),它是滿量程電壓的百分比誤差。為了全面確定直流電源供應(yīng)器的輸出準(zhǔn)確性,需要將負(fù)載調(diào)節(jié)誤差加到輸出精度上。

該直流電源的輸出還將具有噪聲。所有電子組件中都存在與電子運(yùn)動和與原子碰撞相關(guān)的固有噪聲。在交流線路的條件下,電磁干擾(EMI)和接地線上的漂移電流也會在電源輸出中誘導(dǎo)噪聲。無論設(shè)計多么出色,直流電源的輸出都會有噪聲。

電源供應(yīng)器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有兩種類型:線性和開關(guān)模式設(shè)計。線性設(shè)計中,電源在電路中連續(xù)流動。這種設(shè)計的優(yōu)勢在于噪聲低和設(shè)計簡單,但效率較低,線性電源供應(yīng)器的效率通常低于60%。開關(guān)模式電源的效率可以達(dá)到90%左右,但設(shè)計復(fù)雜度較高,輸出噪聲也更大。由于用作開關(guān)的晶體管在千赫范圍內(nèi)周期性地開啟和關(guān)閉電源,因此噪聲更高。開關(guān)模式電源的優(yōu)點還包括使用較小且較輕的變壓器,與相同功率的線性電源相比。盡管兩種拓?fù)鋵τ诘凸β孰娫炊歼m用,但在設(shè)計500瓦以上功率的電源時,幾乎總是使用開關(guān)模式電源。

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直流電源供應(yīng)器的分類

大多數(shù)電源供應(yīng)器是在第一象限(正V和I)運(yùn)行的單極設(shè)備。雙極輸出電源供應(yīng)器在第一和第四象限運(yùn)行。輸出電壓可以是正的或負(fù)的,而電流始終是正的。第三種類型的電源可以在第一和第二象限運(yùn)行。這種類型的供應(yīng)器被稱為雙向電源。在第一象限,供應(yīng)器是一個直流電壓源。在第二象限,供應(yīng)器吸收電流并作為電子負(fù)載運(yùn)行。因此,一個雙向電源供應(yīng)器結(jié)合了兩種設(shè)備的性能:直流電源和直流電子負(fù)載。

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控制直流輸出

除了過濾輸出以提供無紋波的直流輸出外,穩(wěn)壓器還保持輸出電壓在設(shè)定水平上。我們可以將穩(wěn)壓器電路模型視為反饋放大器。輸出電壓檢測電路監(jiān)測輸出電壓,并將其反饋到誤差/功率放大器上。誤差/功率放大器會根據(jù)電壓差異的極性,提高或降低其輸出。

在小負(fù)載電流下,監(jiān)測直流電源輸出端的電壓就足夠了。在小負(fù)載電流下,導(dǎo)線上的電壓降很小。然而,在大負(fù)載電流下,導(dǎo)線上的電壓降可能相當(dāng)大,且應(yīng)用在負(fù)載上的電壓低于設(shè)定的輸出電壓。

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如果設(shè)計有4線連接的供應(yīng)器,供應(yīng)器會校正負(fù)載處的低電壓,其中兩根線向負(fù)載供電,另外兩根線感應(yīng)負(fù)載電壓。輸出電壓檢測電路具有高輸入阻抗,因此幾乎不吸收電流。由于感應(yīng)導(dǎo)線上幾乎沒有電壓降,電壓感應(yīng)電路可以測量負(fù)載處的實際電壓,并將該電壓反饋給電源的誤差/功率放大器。放大器提高其輸出電壓,以補(bǔ)償源導(dǎo)線中的電壓降。這個特性被稱為遠(yuǎn)程感應(yīng),確保負(fù)載處的輸出是所期望的電壓。使用4線連接可以確保負(fù)載處電壓的更高準(zhǔn)確性。

輸出特性選項

電源供應(yīng)器可以通過不同的方法向負(fù)載傳遞能量。典型的電源供應(yīng)器將具有矩形的I-V輸出特性。電源輸出可以在矩形內(nèi)的任意電壓和電流值組合。另一種傳遞方式被稱為自動范圍選擇。具有自動范圍選擇I-V輸出特性的直流電源結(jié)合了矩形輸出和雙曲線輸出。自動范圍選擇特性能夠為比較大的負(fù)載電流范圍(有時還包括更寬的電壓范圍)提供能源,而矩形輸出只能在其最大電壓和電流下提供全功率。

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直流電源供應(yīng)器目前已經(jīng)是所有電子產(chǎn)品設(shè)計和測試的必要工具。電子產(chǎn)品的廣泛變化也推動了各種類型和特性的電源供應(yīng)器的廣泛應(yīng)用。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
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