《電源供應(yīng)器概論》課件

電源供應(yīng)器概論電源供應(yīng)器的概念和作用定義電源供應(yīng)器(PSU)是一種將交流電(AC)轉(zhuǎn)換為直流電(DC)的電子設(shè)備，為各種電子設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。作用電源供應(yīng)器將家庭或商業(yè)用電的交流電轉(zhuǎn)換為電子設(shè)備所需的直流電，并提供穩(wěn)定的電壓和電流，確保電子設(shè)備的正常運(yùn)作。電源供應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)和組成電源供應(yīng)器通常包含以下幾個(gè)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(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電濾波電路:濾除脈動(dòng)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(hù)電路:保護(hù)電源供應(yīng)器和負(fù)載免受過壓、過流、短路等故障的影響交流電轉(zhuǎn)換為直流電的原理1整流使用二極管將交流電轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)直流電，將交流電的正半周電流導(dǎo)通，負(fù)半周電流阻斷。2濾波使用電容濾除脈動(dòng)直流電中的交流成分，得到相對(duì)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(biāo)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(gè)二極管，將正半周的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，負(fù)半周的交流電壓被截?cái)唷Ｈㄕ麟娐肥褂脙蓚€(gè)或多個(gè)二極管，將正負(fù)半周的交流電壓都轉(zhuǎn)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(gè)二極管組成的橋式電路，將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，具有效率高、輸出電流大的特點(diǎn)。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(hào)，而讓直流信號(hào)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(dòng)影響負(fù)載工作2保護(hù)負(fù)載防止過高電壓損壞負(fù)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(cè)輸出電壓并將其與參考電壓比較，將誤差信號(hào)反饋到控制電路，從而調(diào)節(jié)輸出電壓。提高電源效率通過反饋機(jī)制，減少能量損耗，提高電源轉(zhuǎn)換效率。增強(qiáng)電源抗干擾能力反饋電路可以補(bǔ)償負(fù)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(yīng)器的效率和電源品質(zhì)轉(zhuǎn)換效率功率因數(shù)紋波和噪聲電壓穩(wěn)定性電源供應(yīng)器的效率和電源品質(zhì)是衡量其性能的重要指標(biāo)。電源供應(yīng)器的常見故障及分類過熱故障電源供應(yīng)器過熱可能是由于散熱不良，元器件老化或負(fù)載過重導(dǎo)致的。短路故障短路故障會(huì)導(dǎo)致電流異常增大，可能損壞電源供應(yīng)器或其他設(shè)備。元件故障電容、電阻、晶體管等元件老化或損壞會(huì)導(dǎo)致電源供應(yīng)器無法正常工作。電源供應(yīng)器的維修與保養(yǎng)1預(yù)防性維護(hù)定期清潔，避免灰塵2故障排除識(shí)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(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)和原理開關(guān)電源是一種將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電子設(shè)備，通常用于各種電子設(shè)備的電源供電。開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)包括：交流輸入電路、整流電路、濾波電路、開關(guān)電路、控制電路和輸出電路。開關(guān)電路是開關(guān)電源的核心，其利用高頻開關(guān)元件（如MOSFET或IGBT）控制直流電的通斷，從而將直流電轉(zhuǎn)換成高頻的脈沖電流，并通過變壓器進(jìn)行升壓或降壓，最后輸出穩(wěn)定的直流電壓。開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)橋式拓?fù)鋸V泛應(yīng)用于低壓電源正激拓?fù)浜唵我锥瑥V泛應(yīng)用反激拓?fù)溥m用于隔離場(chǎng)合開關(guān)電源的工作模式1連續(xù)模式開關(guān)管始終導(dǎo)通或截止，輸出電壓穩(wěn)定。2斷續(xù)模式開關(guān)管在導(dǎo)通和截止之間交替，輸出電壓波動(dòng)。3邊界模式開關(guān)管在導(dǎo)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(guān)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(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行權(quán)衡。開關(guān)電源的控制方式1脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制通過調(diào)節(jié)開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)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(hào)，調(diào)整開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間。3電流模式控制以輸出電流作為反饋信號(hào)，調(diào)整開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間。4數(shù)字控制利用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或微控制器(MCU)實(shí)現(xiàn)更精確和靈活的控制。開關(guān)電源的功率因數(shù)改善**問題****解決方案**低功率因數(shù)會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)效率低下，并產(chǎn)生諧波污染。采用功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)，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(shù)。有源PFC使用電子開關(guān)和控制電路來主動(dòng)調(diào)節(jié)電流波形。PFC技術(shù)可以提高電源效率，減少諧波污染，并提高電網(wǎng)穩(wěn)定性。PFC技術(shù)是提高開關(guān)電源效率和可靠性的關(guān)鍵技術(shù)之一。開關(guān)電源的熱管理設(shè)計(jì)散熱風(fēng)扇強(qiáng)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(zhì)循環(huán)，快速傳遞熱量，適用于空間有限、散熱要求高的場(chǎng)合。電源供應(yīng)器電磁干擾的產(chǎn)生與抑制開關(guān)電源的工作原理會(huì)導(dǎo)致電磁干擾的產(chǎn)生，例如開關(guān)頻率的諧波、高頻脈沖電流等。干擾可以通過傳導(dǎo)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(shè)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(yīng)器正常工作。電源供應(yīng)器的安全性設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)電源供應(yīng)器需要符合相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)，例如UL、CE、FCC等，以確保產(chǎn)品的安全性。絕緣電源供應(yīng)器內(nèi)部的電路和組件需要進(jìn)行有效的絕緣，防止漏電和觸電。過流保護(hù)電源供應(yīng)器需要具備過流保護(hù)功能，防止電流過載損壞器件。過壓保護(hù)電源供應(yīng)器需要具備過壓保護(hù)功能，防止電壓過高損壞器件。綠色電源供應(yīng)器的發(fā)展趨勢(shì)提高效率降低能耗，減少電能浪費(fèi)。降低待機(jī)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(fēng)能等。采用環(huán)保材料減少污染，保護(hù)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(yīng)器在不同領(lǐng)域的應(yīng)用電子消費(fèi)品智能手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦等都依賴電源供應(yīng)器提供穩(wěn)定的直流電。工業(yè)控制各種工業(yè)設(shè)備，如機(jī)器人、PLC、伺服電機(jī)，都需要電源供應(yīng)器提供可靠的電力。醫(yī)療設(shè)備手術(shù)室、影像設(shè)備等對(duì)電源供應(yīng)器的穩(wěn)定性、精度和安全性要求極高。數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等需要電源供應(yīng)器提供高效率、高可靠性和高功率密度。電源供應(yīng)器的發(fā)展歷程早期真空管時(shí)代19世紀(jì)末，真空管技術(shù)的出現(xiàn)，奠定了電源供應(yīng)器的雛形。晶體管時(shí)代20世紀(jì)50年代，晶體管的應(yīng)用，使電源供應(yīng)器體積縮小，效率提升。集成電路時(shí)代20世紀(jì)70年代，集成電路的普及，推動(dòng)了電源供應(yīng)器的進(jìn)一步小型化和智能化。開關(guān)電源時(shí)代20世紀(jì)80年代，開關(guān)電源技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了更高的效率和更小的體積。數(shù)字電源時(shí)代21世紀(jì)，數(shù)字電源技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步提高了電源供應(yīng)器的性能和可靠性。電源供應(yīng)器的國內(nèi)外技術(shù)水平1領(lǐng)先歐美日韓等發(fā)達(dá)國家2追趕中國等發(fā)展中國家電源供應(yīng)器相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60950-1信息技術(shù)設(shè)備的安全標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋電源供應(yīng)器的安全要求，例如絕緣、耐壓和漏電流等。EN60950-1歐洲標(biāo)準(zhǔn)，與IEC60950-1相同，適用于歐盟國家。UL60950-1美國標(biāo)準(zhǔn)，與IEC60950-1相同，適用于美國和加拿大。IEC62368-1新的安全標(biāo)準(zhǔn)，取代了IEC60950-1和IEC60065，涵蓋更廣泛的電子產(chǎn)品。電源供應(yīng)器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)高效轉(zhuǎn)換優(yōu)化電路設(shè)計(jì)和元器件選擇，最大限度地提高轉(zhuǎn)換效率，降低能耗和熱量?？煽啃栽O(shè)計(jì)采用高可靠性元器件，進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試和驗(yàn)證，確保電源供應(yīng)器的穩(wěn)定性和壽命。熱管理設(shè)計(jì)合理設(shè)計(jì)散熱方案，控制元器件溫度，確保電源供應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行。電源供應(yīng)器設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵指標(biāo)90%效率電源供應(yīng)器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的效率，通常用百分比表示。100mV紋波電源供應(yīng)器輸出電壓中的波動(dòng)，表示其穩(wěn)定程度。1ms響應(yīng)時(shí)間電源供應(yīng)器對(duì)負(fù)載變化的響應(yīng)速度，體現(xiàn)其動(dòng)態(tài)性能。1000V電壓穩(wěn)定度電源供應(yīng)器輸出電壓隨負(fù)載變化的穩(wěn)定程度，體現(xiàn)其抗干擾能力。電源供應(yīng)器的測(cè)試與驗(yàn)證1功能測(cè)試驗(yàn)證電源供應(yīng)器是否能夠正常工作，滿足輸出電壓、電流、功率等指標(biāo)要求。2可靠性測(cè)試評(píng)估電源供應(yīng)器在惡劣環(huán)境和長時(shí)間運(yùn)行下的穩(wěn)定性和可靠性，例如高溫、低溫、濕度、振動(dòng)、沖擊等。3安全性測(cè)試確保電源供應(yīng)器符合安全標(biāo)準(zhǔn)，避免觸電、火災(zāi)等安全風(fēng)險(xiǎn)，例如絕緣強(qiáng)度測(cè)試、漏電測(cè)試、過壓保護(hù)測(cè)試等。4電磁兼容性測(cè)試評(píng)估電源供應(yīng)器產(chǎn)生的電磁干擾是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，避免對(duì)周圍設(shè)備造成干擾，例如輻射測(cè)試、傳導(dǎo)測(cè)試等。電源供應(yīng)器的可靠性設(shè)計(jì)元器件選擇選擇高品質(zhì)、可靠性高的元器件，并進(jìn)行嚴(yán)格的篩選測(cè)試。電路設(shè)計(jì)采用成熟的電路設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行嚴(yán)格的仿真測(cè)試和驗(yàn)證。制造工藝嚴(yán)格控制制造工藝，確保產(chǎn)品的一致性和可靠性。測(cè)試驗(yàn)證進(jìn)行全面的測(cè)試驗(yàn)證，確保產(chǎn)品滿足可靠性指標(biāo)。電源供應(yīng)器的未來發(fā)展方向更高效