電源的基本知識(shí) 包括隔離、線性以及開(kāi)關(guān)電源

電源的基本知識(shí)包括隔離、線性及開(kāi)關(guān)電源隔離電源是使用變壓器將220V電壓通過(guò)變壓器將電壓降到較低的電壓，然后再整流成直流電輸出供電腦使用。因?yàn)樽儔浩鞯闹骶€圈承受220V電壓，次級(jí)線圈只承受輸出的低交流電壓，并且主次線圈之間并不直接連接，所以稱為隔離電源。非隔離電源是用220V直接輸入到電子電路，在通過(guò)電子元件降壓輸出，輸入輸出是通過(guò)電子元件直接連接的，所以稱非隔離電源;兩者從表面上看就是有無(wú)變壓器的區(qū)別。但請(qǐng)注意，有些廠家為節(jié)省成本，采用在主線圈上直接抽頭提取低電壓的辦法，這種辦法看似有變壓器，實(shí)際沒(méi)有次級(jí)線圈，不能算是隔離電源！一、什么是開(kāi)關(guān)電源與線性電源開(kāi)關(guān)電源就是用通過(guò)電路控制開(kāi)關(guān)管進(jìn)行高速的連通與截止。將直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的交流電提供給變壓器進(jìn)行變壓，從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓!轉(zhuǎn)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。所以開(kāi)關(guān)變壓器可以做的很小，而且工作時(shí)不是很熱！！成本很低。如果不將50Hz變?yōu)楦哳l，那么開(kāi)關(guān)電源就沒(méi)有意義!開(kāi)關(guān)變壓器也不神秘就是一個(gè)普通的變壓器!這就是開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源，是通過(guò)電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，主要環(huán)節(jié)：整流成直流電一逆變成所需電壓的交流電（主要來(lái)調(diào)整電壓）一再經(jīng)過(guò)整流成直流電壓輸出。開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)中由于中間沒(méi)有變壓器和散熱片，因而體積非常小。同時(shí)，開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部都是電子元件，效率高、發(fā)熱小。雖然，具有電磁干擾等缺點(diǎn)，但現(xiàn)在的屏蔽技術(shù)已經(jīng)非常到位。開(kāi)關(guān)電源大體可以分為隔離和非隔離兩種，隔離型的必定有開(kāi)關(guān)變壓器，而非隔離的未必一定有。調(diào)制方式可分為脈沖跨周期調(diào)制（PSM），PWM（脈沖寬度調(diào)制）。簡(jiǎn)單地說(shuō)，開(kāi)關(guān)電源的工作原理是:交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流;通過(guò)高頻PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號(hào)控制開(kāi)關(guān)管，將那個(gè)直流加到開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)上；開(kāi)關(guān)變壓器次級(jí)感應(yīng)出高頻電壓，經(jīng)整流濾波供給負(fù)載；輸出部分通過(guò)一定的電路反饋給控制電路，控制PWM占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。交流電源輸入時(shí)一般要經(jīng)過(guò)厄流圈一類的東西，過(guò)濾掉電網(wǎng)上的干擾，同時(shí)也過(guò)濾掉電源對(duì)電網(wǎng)的干擾;在功率相同時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率越高，開(kāi)關(guān)變壓器的體積就越小，但對(duì)開(kāi)關(guān)管的要求就越高;開(kāi)關(guān)變壓器的次級(jí)可以有多個(gè)繞組或一個(gè)繞組有多個(gè)抽頭，以得到需要的輸出；一般還應(yīng)該增加一些保護(hù)電路，比如空載、短路等保護(hù)，否則可能會(huì)燒毀開(kāi)關(guān)電源。以上說(shuō)的就是開(kāi)關(guān)電源的大致工作原理。其實(shí)現(xiàn)在已經(jīng)有了集成度非常高的專用芯片，可以使外圍電路非常簡(jiǎn)單，甚全做到免調(diào)試。例如TOP系列的開(kāi)關(guān)電源芯片（或稱模塊），只要配合一些阻容元件，和一個(gè)開(kāi)關(guān)變壓器，就可以做成一個(gè)基本的開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源&線性電源開(kāi)關(guān)電源的主要工作原理就是上橋和下橋的Mos管輪流導(dǎo)通，首先電流通過(guò)上橋Mos管流入，利用線圈的存儲(chǔ)功能，將電能集聚在線圈中，最后關(guān)閉上橋Mos管，打開(kāi)下橋的Mos管，線圈和電容持續(xù)給外部供電。然后又關(guān)閉下橋Mos管，再打開(kāi)上橋讓電流進(jìn)入，就這樣重復(fù)進(jìn)行，因?yàn)橐喠鏖_(kāi)關(guān)Mos管，所以稱為開(kāi)關(guān)電源。而線性電源就不一樣了，由于沒(méi)有開(kāi)關(guān)介入，使得上水管一直在放水，如果有多的，就會(huì)漏出來(lái)，這就是我們經(jīng)常看到的某些線性電源的Mos管發(fā)熱量很大，用不完的電能，全部轉(zhuǎn)換成了熱能。從這個(gè)角度來(lái)看，線性電源的轉(zhuǎn)換效率就非常低了，而且熱量高的時(shí)候，元件的壽命勢(shì)必要下降，影響最終的使用效果。開(kāi)關(guān)電源和線性電源的區(qū)別主要是他們的工作方式。線性電源功率器件工作在線性狀態(tài)，也就是說(shuō)他一用起來(lái)功率器件就是一直在工作，所以也就導(dǎo)致他的工作效率低，一般在50%?60%，還得說(shuō)他是很好的線性電源。線性電源的工作方式，使他從高壓變低壓必須有降壓裝置，一般的都是變壓器，也有別的像KX電源，再經(jīng)過(guò)整流輸出直流電壓。這樣一來(lái)他的體積也就很大，笨重，效率低、發(fā)熱量也大。他也有他的優(yōu)點(diǎn)：紋波小，調(diào)整率好，對(duì)外干擾小。適合用與模擬電路，各類放大器等。開(kāi)關(guān)電源。他的功率器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，（一開(kāi)一關(guān)，一開(kāi)一關(guān)，頻率非?？?，一般的平板開(kāi)關(guān)電源頻率在100~200KHz，模塊電源在300~500KHz）。這樣他的損耗就小，效率也就高，對(duì)變壓器也有了要求，要用高磁導(dǎo)率的材料來(lái)做。有點(diǎn)墨跡了，他的變壓器就是一個(gè)字小。效率80%~90%吧。據(jù)說(shuō)美國(guó)最好的VICOR模塊高達(dá)99%。開(kāi)關(guān)電源的效率高體積小，但是和線性電源比他的紋波，電壓電流調(diào)整率就有折扣了。對(duì)于我們無(wú)線電愛(ài)好者使用的需求，2種電源都能滿足。開(kāi)關(guān)電源相對(duì)同等功率的線性電源體積小重量輕，適應(yīng)交流電源的范圍寬，更適合便攜使用。但有一些開(kāi)關(guān)電源因?yàn)樵O(shè)計(jì)，工藝，選料不規(guī)范或使用不當(dāng)?shù)仍?，?huì)對(duì)電臺(tái)產(chǎn)生一定的干擾。二、什么是隔離式電源隔離式電源是指輸入和輸出通過(guò)變壓器等磁性元器件電氣連接的，即使將輸出短路也不會(huì)有太大問(wèn)題，而非隔離的電源輸入和輸出是有電氣直接連接的，如果接觸輸出是會(huì)有觸電危險(xiǎn)的，對(duì)于隔離式電源的輸出電壓是可以通過(guò)變壓器進(jìn)行調(diào)整的。沒(méi)有什么具體的范圍。三、隔離電源與非隔離電源有什么區(qū)別非隔離電源：電源的輸入與輸出供地（或供參考點(diǎn)）DC/DC變換器中無(wú)輸出變壓器的多為非隔離電源。隔離電源：電源的輸入與輸出不地(或參考點(diǎn))如AC/DC變換器輸入AC端得地與輸出DC地就是隔離的。隔離與非隔離的區(qū)別主要在于隔離穩(wěn)壓器輸入電路與輸出電路是不共地的，而非隔離式的是共地的。一般來(lái)說(shuō)，非隔離的都有原邊和副邊的電感繞組，而隔離式的只有單個(gè)的電感。在大功率和對(duì)地線干擾防護(hù)要求比較高的時(shí)候使用隔離式的，在比較簡(jiǎn)單和體積要求比較緊張的場(chǎng)合使用非隔離式的。線性電源如果是指線性調(diào)整輸出模塊(LDO)，那么這個(gè)線性模塊一定是非隔離式的，所以電源芯片是否是隔離穩(wěn)壓器與線性電源和開(kāi)關(guān)電源沒(méi)有關(guān)系。隔離與非隔離都是開(kāi)關(guān)電源中的兩種大的分類。四、什么是隔離電源模塊隔離電源模塊一般來(lái)說(shuō)，這類模塊稱為負(fù)載點(diǎn)(POL)電源供應(yīng)系統(tǒng)或使用點(diǎn)電源供應(yīng)系統(tǒng)(PUPS)。由于模塊式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)甚多，因此模塊電源廣泛用于交換設(shè)備、接入設(shè)備、移動(dòng)通訊、微波通訊以及光傳輸、路由器等通信領(lǐng)域和汽車電子、航空航天等。尤其近幾年由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展和分布式供電系統(tǒng)的不斷推廣，模塊電源的增幅已經(jīng)超出了一次電源。隨著半導(dǎo)體工藝、封裝技術(shù)和高頻軟開(kāi)關(guān)的大量使用，模塊電源功率密度越來(lái)越大，轉(zhuǎn)換效率越來(lái)越高，應(yīng)用也越來(lái)越簡(jiǎn)單。人們?cè)陂_(kāi)關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開(kāi)發(fā)相關(guān)電力電子器件，邊開(kāi)發(fā)開(kāi)關(guān)變頻技術(shù)，兩者相互促進(jìn)推動(dòng)著開(kāi)關(guān)電源每年以超過(guò)兩位數(shù)字的增長(zhǎng)率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開(kāi)關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，DC/DC變換器現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化，且設(shè)計(jì)技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國(guó)內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，并已得到用戶的認(rèn)可，但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問(wèn)題。以下分別對(duì)兩類開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和特性作以闡述。隔離電源模塊的作用主要有五點(diǎn):（_）、隔離1、安全隔離：強(qiáng)電弱電隔離IGBT隔離驅(qū)動(dòng)\浪涌隔離保護(hù)'雷電隔離保護(hù)（如人體接觸的醫(yī)療電子設(shè)備的隔離保護(hù)）；2、噪聲隔離：（模擬電路與數(shù)字電路隔離、強(qiáng)弱信號(hào)隔離）；3、接地環(huán)路消除：遠(yuǎn)程信號(hào)傳輸'分布式電源供電系統(tǒng)。（二）、保護(hù)短路保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、其它保護(hù)。（三）、電壓變換升壓變換'降壓變換'交直流轉(zhuǎn)換（AC/DC、DC/AC）'極性變換（正負(fù)極性轉(zhuǎn)換、單電源與正負(fù)電源轉(zhuǎn)換、單電源與多電源轉(zhuǎn)換）。（四）、穩(wěn)壓交流市電供電'遠(yuǎn)程直流供電\分布式電源供電系統(tǒng)'電池供電。（五）、降噪有源濾波。而隔離器是一種采用線性光耦隔離原理，將輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。輸入，輸出和工作電源三者相互隔離，特別適合與需要電隔離的設(shè)備儀表配用。隔離器又名信號(hào)隔離器，是工業(yè)控制系統(tǒng)中重要組成部分。主要是用來(lái)減弱沖擊和振動(dòng)傳輸?shù)臉?gòu)件。五、什么是冗余電源及其與UPS電源（不間斷電源，UninterruptiblePowerSystem）的區(qū)別電源冗余一般可以采取的方案有容量冗余、冗余冷備份、并聯(lián)均流的N+1備份、冗余熱備份等方式。容量冗余是指電源的最大負(fù)載能力大于實(shí)際負(fù)載，這對(duì)提高可靠性意義不大。冗余冷備份是指電源由多個(gè)功能相同的模塊組成，正常時(shí)由其中一個(gè)供電，當(dāng)其故障時(shí)，備份模塊立刻啟動(dòng)投入工作。這種方式的缺點(diǎn)是電源切換存在時(shí)間間隔，容易造成電壓豁口。并聯(lián)均流的N+1備份方式是指電源由多個(gè)相同單元組成，各單元通過(guò)或門二極管并聯(lián)在一起，由各單元同時(shí)向設(shè)備供電。這種方案在1個(gè)電源故障時(shí)不會(huì)影響負(fù)載供電，但負(fù)載端短路時(shí)容易波及所有單元。冗余熱備份是指電源由多個(gè)單元組成，并且同時(shí)工作，但只由其中一個(gè)向設(shè)備供電，其他空載。主電源故障時(shí)備份電源可以立即投入，輸出電壓波動(dòng)很小。對(duì)于一些需要長(zhǎng)時(shí)間不間斷操作、高可靠的系統(tǒng)，如基站通信設(shè)備、服務(wù)器等，往往需要高可靠的電源供應(yīng)。冗余電源設(shè)計(jì)是其中的關(guān)鍵部分，在高可用系統(tǒng)中起著重要作用。冗余電源一般配置2個(gè)以上電源。當(dāng)1個(gè)電源出現(xiàn)故障時(shí)，其他電源可以立刻投入，不中斷設(shè)備的正常運(yùn)行。這類似于UPS電源的工作原理：當(dāng)市電斷電時(shí)由電池頂替供電。冗余電源與UPS的區(qū)別主要是由不同的電源同時(shí)供電，而UPS則是一個(gè)電源供電另一個(gè)則隨時(shí)備用，有需要時(shí)自動(dòng)切換。

傳統(tǒng)冗余電源接法傳統(tǒng)的冗余電源設(shè)計(jì)方案是由2個(gè)或多個(gè)電源通過(guò)分別連接二極管陽(yáng)極，以“或門”的方式并聯(lián)輸出全電源總線上。如圖1所示。可以讓1個(gè)電源單獨(dú)工作，也可以讓多個(gè)電源同時(shí)工作。當(dāng)其中1個(gè)電源出現(xiàn)故障時(shí)，由于二極管的單向?qū)ㄌ匦裕粫?huì)影響電源總線的輸出。電源輸出總線傳統(tǒng)冗余電源方案在實(shí)際的冗余電源系統(tǒng)中，一般電流都比較大，可達(dá)幾十安培?？紤]到二極管本身的功耗，一般選用壓降較低、電流較大的肖特基二極管，比如SR1620?SR1660（額定電流16A）。通常這些二極管上還需要安裝散熱片，以利于散熱。使用二極管的傳統(tǒng)方案電路簡(jiǎn)單，但有其固有的缺點(diǎn)：功耗大、發(fā)熱嚴(yán)重、需加裝散熱片、占用體積大。由于電路中通常為大電流，二極管大部分時(shí)間處于前向?qū)Ｊ?，它的壓降所引起的功耗不容忽視。最小壓降的肖特基?/p>