一、 電源系統(tǒng)的類型:
1、按輸出特性分類:
一般來說,電器系統(tǒng)中的電源,其任務(wù)就是為電器系統(tǒng)中的各種電路提供電能。由 于電路的類型各易、功能有別,因此對(duì)電源供給也有不同的要求。這就給電源輸出提出 了各種各樣的要求:
①恒壓電源:又叫穩(wěn)壓電源,要求輸出電壓值固定,不隨負(fù)載、輸入電壓等外部工 作條件而變化。同時(shí)對(duì)電源的最大輸出電流、最大輸出功率、工作效率、輸出電壓穩(wěn)定 度(漂移)、紋波系數(shù)、電磁兼容 EMC 特性、溫度效應(yīng)、噪聲、阻抗特性等都有特定的 要求。 此類電源的應(yīng)用最廣,絕大多數(shù)的電子電路都需要電壓穩(wěn)定的電能供給,以至于很 多人認(rèn)為電源就是指穩(wěn)壓電源。
②恒流電源:要求能夠在一定的負(fù)載變化范圍內(nèi),提供穩(wěn)定的電流輸出。同時(shí)對(duì)最 高輸出電壓、最大輸出功率、工作效率、輸出電壓穩(wěn)定度(漂移)、紋波系數(shù)、電磁兼 容 EMC 特性、溫度效應(yīng)、噪聲、阻抗特性等都有特定的要求。 此類電源一般只應(yīng)用在一些特殊的場(chǎng)合,比如:電池充電電路。恒流電源還有一個(gè) 比較特殊的用處,由于恒流電源具有極高的交流阻抗(理論值為∞)特性,因此在信號(hào) 放大系統(tǒng)中也常常用它來作為交流負(fù)載,即可以獲得足夠大的交流增益,還可以靠它為 放大電路提供電能。
③綜合電源:一些特殊的應(yīng)用,要求電源在不同的時(shí)候呈現(xiàn)恒壓或恒流的特性。比 如一些比較高級(jí)的電池充電器電源,在剛開始的時(shí)候采用恒流方式給電池充電,當(dāng)充電 接近完成時(shí),自動(dòng)轉(zhuǎn)換成為恒壓方式充電。
2、按輸入輸出電量類型分類:
我們最容易獲得的,而且是最廉價(jià)的電能是 220V 工頻的交流電,因此多數(shù)的電器 都被設(shè)計(jì)成為能夠使用這種交流電;一些便攜式電器設(shè)備,如移動(dòng)電話,筆記本電腦等, 為了移動(dòng)方便,使用了電池供電,電池的輸出是低壓直流電。但是,電器中幾乎全部的 電子電路,都只能在特定電壓的直流供電狀態(tài)下工作。因此,這就帶來了交流電(AC) 與直流電(DC)之間的轉(zhuǎn)化問題,以及交流電壓、直流電壓的高低變換問題,于是我們 按照電源的輸入輸出電量類型關(guān)系,可以把電源分為以下類型:
①普通電源(AC/DC):輸入非穩(wěn)定的 220V 工頻交流電,輸出為較低電壓的穩(wěn)定直 流電。
②直流變換器(DC/DC):輸入非穩(wěn)定的直流電,輸出為穩(wěn)定的更高電壓,或者更 低電壓的直流電。
③交流逆變器(DC/AC):輸入非穩(wěn)定的直流電,輸出穩(wěn)定的 220V 工頻交流電。此 類電源常用在交通工具上,用來使蓄電池對(duì)常規(guī)電器設(shè)備(電視、錄象機(jī)等)供電。
④交流穩(wěn)壓器(AC/AC):輸入非穩(wěn)定的 220V 工頻交流電,輸出穩(wěn)定 220V 工頻交 流電。 ⑤組合電源:以上類型電源的組合。比如應(yīng)急電源 UPS 就是 AC/DC 電源與 DC/AC 電 源的組合。
3、按電源主回路的聯(lián)接方式分類:
無論是什么類型的電源,都是通過某種方式對(duì)輸出端的電壓或者電流進(jìn)行特定的操 作。比如 DC/DC 是對(duì)輸出電壓的幅度進(jìn)行調(diào)整,其實(shí)穩(wěn)壓的過程實(shí)質(zhì)也是調(diào)整輸出電壓 值,通過電壓反饋的方式調(diào)整輸出電壓,使其穩(wěn)定在某一個(gè)數(shù)值上。而“調(diào)整”最終都 需要由調(diào)整器件來完成。 電源主回路的聯(lián)接關(guān)系,實(shí)際上就是:輸入端、調(diào)整器件、負(fù)載(輸出端)三者的 聯(lián)接關(guān)系。
① 串聯(lián)式電源:主要特征是調(diào)整器件與負(fù)載為串聯(lián)聯(lián)接,如下圖所示。其中,三 極管 VT 為調(diào)整器件,RL 為負(fù)載。
②并聯(lián)式電源:主要特征是調(diào)整器件與負(fù)載為并聯(lián)聯(lián)接,如下圖所示。其中,三極 管 VT 為調(diào)整器件,RL 為負(fù)載,R 為限流電阻。
4、按調(diào)整器件的工作方式分類:
調(diào)整器件是通過改變電荷的通過數(shù)量,來達(dá)到調(diào)整或者穩(wěn)定負(fù)載(輸出)端電壓或 者電流的目的,而調(diào)整的方法有兩種,一種是限制電流大小的方式,另一種是限制導(dǎo)通 時(shí)間的方式:
①模擬方式:通過改變調(diào)整器件的阻抗,限制電流大小,從而達(dá)到調(diào)整目的,由于 調(diào)整器件處于連續(xù)導(dǎo)電狀態(tài),工作于線性模式,因此稱為“模擬方式”,也叫模擬電源。
②高速開關(guān)方式:通過改變調(diào)整器件的導(dǎo)通時(shí)間,限制平均電流的大小,從而達(dá)到 調(diào)整目的,由于調(diào)整器件處于高速通斷的開關(guān)導(dǎo)電狀態(tài),工作于開關(guān)模式,因此稱為“開 關(guān)方式”,也叫開關(guān)電源。 下圖是串聯(lián)型和并聯(lián)型開關(guān)電源主回路的原理示意,并聯(lián)型結(jié)構(gòu),能夠得到 Uo> Ui 的升壓型 DC/DC 變換;串聯(lián)型結(jié)構(gòu),能夠得到 Uo<Ui 的降壓型 DC/DC 變換。以后我 們將更詳細(xì)地分析電路的工作原理。
開關(guān)電源最大的優(yōu)點(diǎn)是效率極高,由于調(diào)整器件無論處于通電狀態(tài)(端電壓等于 零),還是處于關(guān)斷狀態(tài)(電流等于零),都不消耗能量,因此,理論上可以做到 100%的工作效率,實(shí)際也可以達(dá)到 80%以上。而模擬電源是絕對(duì)達(dá)不到如此高的工作效率。 因此開關(guān)電源成為現(xiàn)代電子電源的主流發(fā)展方向。
5、按調(diào)整器件的類型分類:
電源中的調(diào)整器件是組成電源系統(tǒng)的關(guān)鍵。半導(dǎo)體雙極型功率三極管(普通功率三 極管)、功率場(chǎng)效應(yīng)管、可控硅器件、電子真空管、半導(dǎo)體穩(wěn)壓二極管、飽和電感器輝 光放電管等都可以作為電源系統(tǒng)的調(diào)整器件,因此可以有以下一些電源的種類:
①雙極型半導(dǎo)體電源;
②場(chǎng)效應(yīng)管電源;
③真空管電源;
④其他類型電源。
在現(xiàn)代電源系統(tǒng)中,前面兩類為主流類型。 此外還有許多的分類方法,如:反饋型與參數(shù)型、穩(wěn)定輸出型與非穩(wěn)定輸出型、標(biāo) 準(zhǔn)輸出波形(指 AC 輸出)與非標(biāo)準(zhǔn)波形電源、隔離與非隔離型電源,等等,將在后面的 文章中分別介紹。
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