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电子基础知识:如何选择和使用电源

  今天,电源用户面对无数的选择,电源产品的众多性能和电源供给商的长的产品规范阐明书,使选购电源成为令头痛的事情。可喜的现在有很多的工艺尺度技能规范,可以辅助工程师选购可靠且安全的电源。

  安全第一

  电源装备须要供应隔离功效,从而保证电源装备的安全性,免受来自高压馈电线的危险,是最基础的也是常常容易被无视的。电源装备的这种安全性是由电源变压器实现的,于是,为了使变压器能传送足够的电力就请求它必需具备相应的范围。

  一台较大的变压器通常设备有散热器,这样可以获得良好的产品寿命。此外,在变压器的原边和副边线圈之间还要使用双重隔离,从而保证最大的安全性。

  可靠性

  人们常常单纯请求电源产品的寿命,其实,影响电源寿命的因素很多,如像平均负载率、振动和周围的环境温度等。其中,环境温度很首要,所以排放出由电源内部元件所发生的总热量非常要害。

  因为电源装备制作商并不理解最终用户的使用条件,所以他们唯一能供应考的寿命性能是电源产品的平均故障间隔光阴MIBF(MeanTimeBetweenFailure);电源的MTBF值,在任何情形下,都是由电源内部的电解电容MTBF之值所抉择的。当电源装备里消除掉电容的影响因素时,其盘算的MTBF可能为10万小时或者更长一些。然而,电解电容的典范MTBF之值仅仅是3万小时。

  因为一些电源装备制备制作商已开发出他们自己的电源MTBF盘算方式,而且盘算出的MTBF值是对比高的,所以用户最好使用在MIL-HDBK-217E方法中所定义的MTBF之值,同厂家给定的电源MTBF之值相对比,来准确断定产品的性能。因为MIL-HDBK-217E定义的盘算MTBF方式是已经被证实的并且是普遍可以接收的,盘算的MTBF值也是可核实的。

  当评价电源产品的标称寿命时,电源是否运行在额定的满负载状态是评价电源的另一首要斟酌因素。如果电源装备装有适宜的散热器而且无热循环,在低于满负载的情形下且持续工作,电源就能有更长的寿命。综合斟酌以上因素,建议选型工程师最好依附MIL-HKBK-217E方式验证电源产品的MTBF之值,确保电源在适宜的条件下工作,只要做到这一点,也不必再斟酌电解电容的短寿命问题。

  功率因数校订

  电源的另一个要害性的性能要素是它的功率因素。教科书里定义的功率因数是加在负载上的电压和电流波形之间的相角余弦(若电压波形与电流波形的相角差为φ,则cosφ便是电源的功率因数)。当加在负载上的电压和电流波形相位一致时(即相角差φ=0),则功率因数cosφ=1是幻想的情形;当加在负载上的电压和电流波形相角差为90°时(即φ=90°),则功率因数等于零(处于最小值);通常,电源的功率因数处于0到1之间,即0≤cosφ≤1,可用百分数表现。

  加在负载上的电压和电流波形之间存在相位差导致的成果之一是供电效力下降,即发生所请求的电力须要输入更大的电力;导致的另外一个成果而且是更严重的结果,那就是电压和电流的波形差发生过多的高次谐波。大批的高次谐波反馈到主输入线(电网),造成电网被高次谐波污染成为恶性事故的隐患;同时,这种高次谐波也会捣乱操纵体系里的敏感低压电路。

  现有两种重要的功率因数校订PFC(PowerFactorCorrection)方式:第一种方式是在输入端使用简略的线圈;第二种方式是使用特别的电子功率因数校订电路。应用线圈叫作“无源”PFC,应用该方式通常可获得到0.7~0.8的功率因数。应用第二种方式(也叫作“有源”PFC)则可发生最少量的高次谐波从而更有效地应用电网供应的电能。有源PFC可发生高于95%的功率因数,在大型电源里最为有用,因为发生的高次谐波是直接和负载电流成正比的。例如,在10A乃至更高负载电流的24Vdc电源里应用有源PFC方式是最适合的。

  工程师理当认识到,电源具备功率因数校订功效的首要意义不仅仅是保证电源不辐射或是不传导所不盼望的电噪声。因此,作为计划选型工程师必需寻找符合际规范的电源产品,这些规范包含电的发射规范EN55011-BtEN55022-B和有关高次谐波发射污染电网的规范EN61000.3.2。

  浪涌维护  

  电源里内置浪涌维护功效已是日益盛行的性能。许多电源已使用单独的浪涌维护器件,以防高电压波峰冲击,如雷电冲击。

  某些开关电源现已供应EN61000-4-4和EN61000-4-5所定义的浪涌维护,这是内置的浪涌维护功效(供应高达4kV的浪涌维护),由于不须要外加的克制器从而缩小了宝贵的面板空间。这种新的国际尺度使得工程师容易选择电源,因为浪涌维护的尺度化级别早已建立。

  过载和短路维护

  任何电源都具备的首要特征是供应颁布的持续满负载才能。更首要的是电源具备某些内置的误差余量或是盘算(斟酌)过载情形的容错。一台好的电源是最低能供应5%的过载维护,较幻想的情形是供应出10%的过载维护。

  所谓过载情形是指由电源里取出过量的电流,计划选型工程师具有两种选择。第一种选择是,当电源经受到过载情形时,电源装备启动暂停电路(hiccupcircuit)。应用这种设计,电源装备可暂停工作,经过暂停之后电源力图再度重新启动继续工作。当过载情形消散,则电源重新启动胜利,并又开端正常工作。这种设计实用于低电流装备。

  对于对比大的电源装备,一种叫作“恒流”供电的方式是过载维护的较好选择。在这种情形下,当电源一直被迫供给出恒定电流时,则电源装备下降其输出电压。

  短路维护功效是电源装备的另一安全性能,这一特征不容无视。虽说重要目标是安全,但最大长处是那时电源有主动复位特征。这个特征所供应的维护光阴可继续到已经查到短路故障。

  电源的经济性和尺寸

  电源的经济性和几何尺寸是相干的。对于最终用户有幸的是电源的经济性和几何尺寸两方面都有所改进。一些较新的电源产品供应出上述的十足性能,与以往相比,它能以较低的成本获得比旧的低效力设计产品包封尺寸低50%。

  在经济性和几何尺寸两种特征中,常常是更看中几何尺寸特征。因为在以往积聚了大批几何尺寸的技术,例如应用更小的元件和有效板尺寸。现在,有些最有效的设计把散热器联合到电源外壳装配空间里,因此有效地削减了外加散热器和塑料外壳的空间和成本。

  便于使用

  对于电源装备还有一项附加的共同请求是容易装配的端接。如今很多电源产品供应形形色色的设计特征,诸如最大的装配机动性和最低的最终安装和衔接成本。为满足全球范畴的利用,电源盛行的性能包含:敏锐且安全的装配双列导轨托架(DIN-rail-mountingbracket)、渺小外壳设计和通用宽度的输入电压范畴。电源装备的其他性能包含如下:前面板装配输入和输出衔接,可插入的触摸可靠的端接部件,易于装配/更换输入熔丝和输出电压调解。

  最近有一种新型的电源产品已经上市,该产品直接与三相340~480Vac输入电压衔接,打消了压降变压器所请求的成本和空间。最终的成果是这种新电源产品比用单相电源附加变压器更有效且成本更低。