《電源供應器概論》課件

電源供應器概論電源供應器的概念和作用定義電源供應器(PSU)是一種將交流電(AC)轉換為直流電(DC)的電子設備，為各種電子設備提供穩(wěn)定的電源。作用電源供應器將家庭或商業(yè)用電的交流電轉換為電子設備所需的直流電，并提供穩(wěn)定的電壓和電流，確保電子設備的正常運作。電源供應器的基本結構和組成電源供應器通常包含以下幾個主要部分:輸入電路:處理來自電源的交流電整流電路:將交流電轉換為脈動直流電濾波電路:濾除脈動直流電中的紋波穩(wěn)壓電路:使輸出電壓穩(wěn)定在所需值保護電路:保護電源供應器和負載免受過壓、過流、短路等故障的影響交流電轉換為直流電的原理1整流使用二極管將交流電轉換成脈動直流電，將交流電的正半周電流導通，負半周電流阻斷。2濾波使用電容濾除脈動直流電中的交流成分，得到相對平滑的直流電。3穩(wěn)壓使用穩(wěn)壓器將直流電電壓穩(wěn)定在目標值，保證輸出電壓的穩(wěn)定性和可靠性。整流電路的基本類型半波整流電路僅利用一個二極管，將正半周的交流電壓轉換為直流電壓，負半周的交流電壓被截斷。全波整流電路使用兩個或多個二極管，將正負半周的交流電壓都轉換為直流電壓，提高了直流電壓的利用率。橋式整流電路使用四個二極管組成的橋式電路，將交流電壓轉換為直流電壓，具有效率高、輸出電流大的特點。濾波電路的作用和原理濾波作用濾波電路用于去除直流電源中的交流成分，使輸出電壓更加平穩(wěn)。原理濾波電路利用電容和電感元件的特性來阻擋交流信號，而讓直流信號通過。穩(wěn)壓電路的作用和原理1穩(wěn)定輸出電壓防止電源電壓波動影響負載工作2保護負載防止過高電壓損壞負載3提高穩(wěn)定性保證電源輸出電壓穩(wěn)定，提升系統(tǒng)性能反饋電路的作用和原理作用原理穩(wěn)定輸出電壓通過檢測輸出電壓并將其與參考電壓比較，將誤差信號反饋到控制電路，從而調節(jié)輸出電壓。提高電源效率通過反饋機制，減少能量損耗，提高電源轉換效率。增強電源抗干擾能力反饋電路可以補償負載變化和環(huán)境噪聲帶來的影響，提高電源穩(wěn)定性。電源供應器的效率和電源品質轉換效率功率因數紋波和噪聲電壓穩(wěn)定性電源供應器的效率和電源品質是衡量其性能的重要指標。電源供應器的常見故障及分類過熱故障電源供應器過熱可能是由于散熱不良，元器件老化或負載過重導致的。短路故障短路故障會導致電流異常增大，可能損壞電源供應器或其他設備。元件故障電容、電阻、晶體管等元件老化或損壞會導致電源供應器無法正常工作。電源供應器的維修與保養(yǎng)1預防性維護定期清潔，避免灰塵2故障排除識別常見問題，采取措施3安全操作遵守安全規(guī)范，避免觸電開關電源的基本結構和原理開關電源是一種將交流電轉換為直流電的電子設備，通常用于各種電子設備的電源供電。開關電源的基本結構包括：交流輸入電路、整流電路、濾波電路、開關電路、控制電路和輸出電路。開關電路是開關電源的核心，其利用高頻開關元件（如MOSFET或IGBT）控制直流電的通斷，從而將直流電轉換成高頻的脈沖電流，并通過變壓器進行升壓或降壓，最后輸出穩(wěn)定的直流電壓。開關電源的拓撲結構橋式拓撲廣泛應用于低壓電源正激拓撲簡單易懂，廣泛應用反激拓撲適用于隔離場合開關電源的工作模式1連續(xù)模式開關管始終導通或截止，輸出電壓穩(wěn)定。2斷續(xù)模式開關管在導通和截止之間交替，輸出電壓波動。3邊界模式開關管在導通和截止之間交替，輸出電壓保持穩(wěn)定。不同的工作模式影響著開關電源的效率、穩(wěn)定性和電磁干擾等性能，選擇合適的模式需要根據實際應用場景進行權衡。開關電源的控制方式1脈沖寬度調制(PWM)控制通過調節(jié)開關管的導通時間，控制輸出電壓和電流。2電壓模式控制以輸出電壓作為反饋信號，調整開關管的導通時間。3電流模式控制以輸出電流作為反饋信號，調整開關管的導通時間。4數字控制利用數字信號處理器(DSP)或微控制器(MCU)實現更精確和靈活的控制。開關電源的功率因數改善**問題****解決方案**低功率因數會導致電網效率低下，并產生諧波污染。采用功率因數校正(PFC)技術，例如無源PFC和有源PFC。無源PFC使用電容和電感來改善功率因數。有源PFC使用電子開關和控制電路來主動調節(jié)電流波形。PFC技術可以提高電源效率，減少諧波污染，并提高電網穩(wěn)定性。PFC技術是提高開關電源效率和可靠性的關鍵技術之一。開關電源的熱管理設計散熱風扇強制氣流帶走熱量，適用于功率較高、發(fā)熱量大的情況。散熱片通過增加表面積，提高熱量傳遞效率，適用于功率較小、發(fā)熱量不大的情況。熱管利用熱管中的工質循環(huán)，快速傳遞熱量，適用于空間有限、散熱要求高的場合。電源供應器電磁干擾的產生與抑制開關電源的工作原理會導致電磁干擾的產生，例如開關頻率的諧波、高頻脈沖電流等。干擾可以通過傳導方式（例如電源線）或輻射方式（例如電磁波）傳播，影響周圍電子設備。可以通過使用濾波器、屏蔽罩等措施，抑制電磁干擾，確保電源供應器正常工作。電源供應器的安全性設計安全標準電源供應器需要符合相關的安全標準，例如UL、CE、FCC等，以確保產品的安全性。絕緣電源供應器內部的電路和組件需要進行有效的絕緣，防止漏電和觸電。過流保護電源供應器需要具備過流保護功能，防止電流過載損壞器件。過壓保護電源供應器需要具備過壓保護功能，防止電壓過高損壞器件。綠色電源供應器的發(fā)展趨勢提高效率降低能耗，減少電能浪費。降低待機功耗節(jié)約能源，減少碳排放。使用可再生能源例如太陽能、風能等。采用環(huán)保材料減少污染，保護環(huán)境。延長使用壽命減少電子垃圾，降低資源消耗。電源供應器在不同領域的應用電子消費品智能手機、筆記本電腦、平板電腦等都依賴電源供應器提供穩(wěn)定的直流電。工業(yè)控制各種工業(yè)設備，如機器人、PLC、伺服電機，都需要電源供應器提供可靠的電力。醫(yī)療設備手術室、影像設備等對電源供應器的穩(wěn)定性、精度和安全性要求極高。數據中心服務器、網絡設備等需要電源供應器提供高效率、高可靠性和高功率密度。電源供應器的發(fā)展歷程早期真空管時代19世紀末，真空管技術的出現，奠定了電源供應器的雛形。晶體管時代20世紀50年代，晶體管的應用，使電源供應器體積縮小，效率提升。集成電路時代20世紀70年代，集成電路的普及，推動了電源供應器的進一步小型化和智能化。開關電源時代20世紀80年代，開關電源技術的應用，實現了更高的效率和更小的體積。數字電源時代21世紀，數字電源技術的應用，進一步提高了電源供應器的性能和可靠性。電源供應器的國內外技術水平1領先歐美日韓等發(fā)達國家2追趕中國等發(fā)展中國家電源供應器相關的國際標準IEC60950-1信息技術設備的安全標準，涵蓋電源供應器的安全要求，例如絕緣、耐壓和漏電流等。EN60950-1歐洲標準，與IEC60950-1相同，適用于歐盟國家。UL60950-1美國標準，與IEC60950-1相同，適用于美國和加拿大。IEC62368-1新的安全標準，取代了IEC60950-1和IEC60065，涵蓋更廣泛的電子產品。電源供應器設計的關鍵技術高效轉換優(yōu)化電路設計和元器件選擇，最大限度地提高轉換效率，降低能耗和熱量。可靠性設計采用高可靠性元器件，進行嚴格的測試和驗證，確保電源供應器的穩(wěn)定性和壽命。熱管理設計合理設計散熱方案，控制元器件溫度，確保電源供應器穩(wěn)定運行。電源供應器設計中的關鍵指標90%效率電源供應器將交流電轉換為直流電的效率，通常用百分比表示。100mV紋波電源供應器輸出電壓中的波動，表示其穩(wěn)定程度。1ms響應時間電源供應器對負載變化的響應速度，體現其動態(tài)性能。1000V電壓穩(wěn)定度電源供應器輸出電壓隨負載變化的穩(wěn)定程度，體現其抗干擾能力。電源供應器的測試與驗證1功能測試驗證電源供應器是否能夠正常工作，滿足輸出電壓、電流、功率等指標要求。2可靠性測試評估電源供應器在惡劣環(huán)境和長時間運行下的穩(wěn)定性和可靠性，例如高溫、低溫、濕度、振動、沖擊等。3安全性測試確保電源供應器符合安全標準，避免觸電、火災等安全風險，例如絕緣強度測試、漏電測試、過壓保護測試等。4電磁兼容性測試評估電源供應器產生的電磁干擾是否符合相關標準，避免對周圍設備造成干擾，例如輻射測試、傳導測試等。電源供應器的可靠性設計元器件選擇選擇高品質、可靠性高的元器件，并進行嚴格的篩選測試。電路設計采用成熟的電路設計方案，并進行嚴格的仿真測試和驗證。制造工藝嚴格控制制造工藝，確保產品的一致性和可靠性。測試驗證進行全面的測試驗證，確保產品滿足可靠性指標。電源供應器的未來發(fā)展方向更高效