《通信信號電源設備維護》項目二：電源屏基礎器件認知任務1：變壓器（1）——變壓器的作用

2.1變壓器——學習目標學習目標：

（1）掌握變壓器作用

（2）熟悉變壓器結(jié)構(gòu)

（3）掌握變壓器符號

（4）掌握變壓器銘牌內(nèi)容

（5）掌握儀用變壓器使用方法2.1變壓器——作用

變壓器：是用來變換交流電壓、電流而傳輸交流電能的一種靜止的電氣設備。

變壓器是根據(jù)電磁感應的原理實現(xiàn)電能傳遞的。

變壓器的作用：變壓、隔離、測量、調(diào)壓。2.1變壓器——作用（變壓）

變壓器可以變換交流電壓、電流和阻抗?？煞譃椋?/p>

①

主用電力變壓器

②

配電用電力變壓器

③

普通變壓器。2.1變壓器——作用（變壓）

主用電力變壓器（GSU）：是一個變電站或一個單位用于輸變電的總降壓變壓器。

它通常分高壓、超高壓、特高壓變壓器。

2.1變壓器——作用（變壓）

配電用電力變壓器通常指運行在配電網(wǎng)中電壓等級為10-35KV、容量為6300KVA及以下直接向終端用戶供電的電力變壓器。

2.1變壓器——作用（變壓）

普通變壓器在中小容量電路中變換電壓、電流、阻抗。

2.1變壓器——作用（隔離）

隔離變壓器一般是指1：1的變壓器（控制變壓器和電子管設備的電源也是隔離變壓器）。

隔離變壓器屬于安全電源（次級任一根線與地之間沒有電位差，使用較為安全），一般用來機器維修保養(yǎng)用，起保護、防雷、濾波作用。2.1變壓器——作用（測量）

測量用變壓器（儀用變壓器）：是指一種特殊用途的變壓器，它有兩個主要用途：①用來擴大交流電工儀表的量程，②用來隔離高電壓、大電流并使其變成低電壓、小電流后中，作為信號供繼電保護、自動裝置和控制回路使用。

儀用變壓器分為電流互感器和電壓互感器。

電流互感器

電壓互感器2.1變壓器——作用（穩(wěn)壓、調(diào)壓）

穩(wěn)壓變壓器：是利用鐵磁諧振原理及磁分路結(jié)構(gòu)制成的一種交流穩(wěn)壓器。

感應調(diào)壓器：是利用電磁感應原理將初級電能通過磁場感應饋送到次級，又通過改變定轉(zhuǎn)子繞組軸線相對角位移和一定的聯(lián)接方式，使次級負載電壓能在帶電狀態(tài)下并在較大的范圍內(nèi)得到平滑無級連續(xù)調(diào)節(jié)的電氣產(chǎn)品。

感應調(diào)壓器穩(wěn)壓變壓器《通信信號電源設備維護》項目二：電源屏基礎器件認知任務1：變壓器（2）——按相數(shù)分類

2.1變壓器——按相數(shù)分類

相線（火線）：為了使交流電有很方便的動力轉(zhuǎn)換功能，通常工業(yè)用電采用三相正弦交流電且電流相位（反映電流的方向大?。┫嗷ハ嗖?20度。

通常我們將每一根按照這種原理連接的導線稱為相線（火線）。2.1變壓器——按相數(shù)分類A相：黃色線B相：綠色線C相：紅色線中性線（供電側(cè)）：淡藍色零線

（負載側(cè)）：淡藍色接地線（負載側(cè)）：黃綠色2.1變壓器——按相數(shù)分類單相變壓器：一次繞組和二次繞組均為單相繞組的變壓器。2.1變壓器——按相數(shù)分類三相變壓器2.1變壓器——按相數(shù)分類

三相組式變壓器：由三個獨立的單相變壓器組合而成。電路上相互連接，但磁路上相互獨立。

三相輸入電壓平衡，則磁路對稱平衡。

每只變壓器可視作單相變壓器分析。2.1變壓器——按相數(shù)分類

三相心式變壓器：由組合式三相變壓器演變而來，是三相磁路相連的變壓器。體積小，經(jīng)濟性好。《通信信號電源設備維護》項目二：電源屏基礎器件認知任務1：變壓器（3）——按繞組數(shù)分類

2.1變壓器——按繞組數(shù)分類變壓器按繞組數(shù)可分為：①

單繞組變壓器

（自耦變壓器）②

雙繞組變壓器③

多繞組變壓器自耦變壓器雙線圈變壓器多線圈變壓器2.1變壓器——按繞組數(shù)分類

自耦變壓器：是初級和次級在同一條繞組上的變壓器，原、副繞組直接串聯(lián)，自行耦合的變壓器。

根據(jù)結(jié)構(gòu)還可細分為可調(diào)壓式和固定式。

自耦的耦是電磁耦合的意思。

自耦變壓器原副邊有直接電的聯(lián)系。

通信線路的防護設備中也會使用自耦變壓器等保護設備。2.1變壓器——按繞組數(shù)分類

自耦變壓器特點：①同樣的額定容量下，自耦變壓器的主要尺寸較小，從而降低了成本。有效材料的減少使得銅耗和鐵耗也相應減少，故自耦變壓器的效率較高。②自耦變壓器一、二次之間有電的直接聯(lián)系。③自耦變壓器中性點調(diào)壓側(cè)會帶來所謂的相關調(diào)壓問題，因此，要求自耦變壓器有載調(diào)壓時，只能采用線端調(diào)壓方式。2.1變壓器——按繞組數(shù)分類

雙繞組變壓器：變壓器的最基本型式；幾乎在所有的電子產(chǎn)品中都要用到，原理簡單。

根據(jù)不同的使用場合（不同的用途）變壓器的繞制工藝會有所不同的要求。

常用的鐵芯形狀一般有E型和C型鐵芯。2.1變壓器——按繞組數(shù)分類

多繞組變壓器：繞組數(shù)大于兩個的變壓器。《通信信號電源設備維護》項目二：電源屏基礎器件認知任務1：變壓器（4）——按冷卻方式、結(jié)構(gòu)分類

2.1變壓器——按冷卻方式分類

變壓器運行時，繞組和鐵心中的損耗所產(chǎn)生的熱量必須及時散逸出去，以免過熱而造成絕緣損壞。

對小容量變壓器，外表面積與變壓器容積之比相對較大，一般采用干式自冷方式，通過輻射和自然對流即可將熱量散去。2.1變壓器——按冷卻方式分類

充氣式變壓器一般用于各種高壓電力、電氣設備檢測和預防性試驗的升壓試驗設備。2.1變壓器——按冷卻方式分類

大容量變壓器鐵心及繞組應浸在油中。2.1變壓器——按冷卻方式分類第1個字母：與繞組接觸的冷卻介質(zhì)

①

O：礦物油或燃點大于?300℃的絕緣液體

②

K：燃點大于?300℃的絕緣液體

③

L：燃點不可測出的絕緣液體第2個字母：內(nèi)部冷卻介質(zhì)的循環(huán)方式?

①

N：流經(jīng)冷卻設備和繞組內(nèi)部的油流是自然的熱對流循環(huán)

②

F：冷卻設備中的油流是強迫循環(huán)，流經(jīng)繞組內(nèi)部的油流是熱對流循環(huán)

③

D：冷卻設備中的油流是強迫循環(huán)第3個字母：外部冷卻介質(zhì)

①

A：空氣

②

W：水第4個字母：外部冷卻介質(zhì)的循環(huán)方式

①

N：自然對流

②

F：強迫循環(huán)2.1變壓器——按結(jié)構(gòu)分類變壓器按照鐵心的結(jié)構(gòu)分為芯式和殼式芯式結(jié)構(gòu)變壓器：鐵心被繞組包圍殼式結(jié)構(gòu)變壓器：用殼式鐵心制成的變壓器2.1變壓器——按結(jié)構(gòu)分類

芯式變壓器：鐵芯是變壓器的磁路部分。消耗材料少，價格便宜，占地面積小，維護簡單。2.1變壓器——按結(jié)構(gòu)分類

殼式變壓器：殼式變壓器的絕緣件較復雜，使得其結(jié)構(gòu)較緊湊，鐵心尺寸較小，漏磁很小，引起的繞組附加損耗低。

殼式變壓器一般采用繞組臥放，上部引線，裝配比較方便?！锻ㄐ判盘栯娫丛O備維護》項目二：

電源屏基礎器件認知任務2：

低壓電器認知（1）

——交流接觸器2.2低壓電器認知——學習目標學習目標：

（1）熟悉低壓電器分類

（2）掌握繼電器符號及使用方法

（3）掌握交流接觸器符號及使用方法

（4）掌握斷路器隔離器作用及符號

（5）掌握開關按鈕符號及使用方法2.2.1低壓電器（1）-交流接觸器（JQ、XLC）一、接觸器：

傳統(tǒng)上的接觸器均為電磁式，是利用流過線圈的電流產(chǎn)生磁場，通過磁場力控制開關狀態(tài)，以控制負載的一類電氣器件。

接觸器分交流型接觸器和直流型接觸器。

它常用于供電電路中的自動控制器件。一般可頻繁分斷、接通，遠程控制電路，一般采用空氣自冷方式。直流接觸器交流接觸器2.2.1低壓電器（1）-交流接觸器（JQ、XLC）二、交流接觸器：

由于一般的供電方式多為交流供電，所以交流接觸器較直流接觸器更為常見。

交流接觸器需采用短路銅環(huán)方式防止交變電流過“0”值時的高頻顫動（例如50Hz電源，顫動為100Hz）。否則，接觸器可能會燒損或產(chǎn)生劇烈噪聲。10A以上的接觸器一般需設置滅弧結(jié)構(gòu)。滅弧柵2.2.1低壓電器（1）-交流接觸器（JQ、XLC）三、交流接觸器結(jié)構(gòu)：

交流接觸器本質(zhì)上也屬于開關器件的一種，所以其結(jié)構(gòu)與很多開關類似，下面我們以自復式復合按鈕開關為例對比認知：①

復

：指“復位”；“自復”即“自動回復原位置狀態(tài)”②

復合：指機械開關部分包含2組“互非”的邏輯開關。

一組為常閉（第②部分），一組常開（第③部分）自復式按鈕開關②①③結(jié)構(gòu)①：按鈕，開關的動力源。

常態(tài)下：

按鈕動作部分被彈簧彈起；

按鈕按下，動作部分下移，彈簧被壓縮，儲能。結(jié)構(gòu)②：常態(tài)下閉合的開關（常閉接點）

按鈕按下，閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)換為斷開狀態(tài)。結(jié)構(gòu)③：常態(tài)下斷開的開關（常開接點）

按鈕按下，斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)換為閉合狀態(tài)。2.2.1低壓電器（1）-交流接觸器（JQ、XLC）三、交流接觸器結(jié)構(gòu)：接觸器與按鈕結(jié)構(gòu)對比結(jié)構(gòu)①：交流接觸器的開關動作部分（電磁部分）

線圈失磁：彈簧回復，帶動動接點下移

線圈勵磁：彈簧被向上拉伸，儲能結(jié)構(gòu)②：交流接觸器的常閉接點JQ失磁：

常閉接點

閉合JQ勵磁：

常閉接點

斷開結(jié)構(gòu)③：交流接觸器的常開接點JQ失磁：

常開接點

斷開JQ勵磁：

常開接點

閉合①②③2.2.1低壓電器（1）-交流接觸器（JQ、XLC）四、交流接觸器結(jié)構(gòu)的圖形符號：交流接觸器主要結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)換調(diào)壓電源屏中所用的交流接觸器，其內(nèi)部主要結(jié)構(gòu)有：

（a）主觸頭：接點加強，用于供電主電路接通

（b）常閉輔助觸頭：一般用于控制電路

（c）常開輔助觸頭：一般用于控制電路

（d）線圈：由控制信號控制，決定觸頭狀態(tài)2.2.1低壓電器（1）-交流接觸器（JQ、XLC）五、交流接觸器結(jié)構(gòu)狀態(tài)對應表：交流接觸器線圈主觸頭（常開）常開輔助觸頭常閉輔助觸頭釋放失磁斷開斷開閉合吸合勵磁閉合閉合斷開2.2.1低壓電器（1）-交流接觸器（JQ、XLC）六、交流接觸器功能應用舉例：交流接觸器控制電路舉例1、當按鈕（A）斷開時，交流接觸器（XLC）失磁釋放：

①XLC常開輔助觸頭斷開：L1燈（滅）

②XLC常閉輔助觸頭閉合：L2燈（亮）2、當按鈕（A）閉合時，交流接觸器（XLC）勵磁吸合：

①XLC常開輔助觸頭閉合：L1燈（亮）

②XLC常閉輔助觸頭斷開：L2燈（滅）2.2.1低壓電器（1）-交流接觸器（JQ、XLC）七、交流接觸器其它結(jié)構(gòu)組成及使用注意事項：

完整的交流接觸器包括：靜鐵芯（軛鐵）、動鐵芯（銜鐵）、線圈、觸頭（接點）、釋放彈簧、滅弧罩、支架與底座等。

①

鐵芯：為了減小渦流損耗，JQ的鐵芯用電工硅鋼片涂以絕緣漆疊制而成，最后固定緊。

②

氣隙：靜鐵芯與動鐵芯之間存在氣隙，如果銜鐵（動鐵芯）遇卡組吸不動，往往會造成線圈過流而燒毀。

③

過于頻繁的動作會使線圈連續(xù)多次受到大電流沖擊而損壞。

④

主觸頭用于供電主電路的通斷，工作電流可達幾十～幾百安培，故需要結(jié)構(gòu)加強且加設滅弧罩；其它接點用于構(gòu)成繼電控制電路，輔助主觸頭的通斷控制，故稱為輔助觸頭。

繼電器認知

1、繼電器功能認知

2、繼電器結(jié)構(gòu)認知

3、繼電器原理認知

4、繼電器圖形符號認知

5、繼電器應用電路1、繼電器功能認知

繼電器是自動控制系統(tǒng)和遠程控制系統(tǒng)中常用的元器件,它用于接通和斷開電路,用以發(fā)布控制命令、反映設備狀態(tài)以及進行邏輯運算,以構(gòu)成自動控制和遠程控制電路。各個領域的自動控制系統(tǒng)均采用繼電器。2、繼電器結(jié)構(gòu)認識繼電器結(jié)構(gòu)由電磁系統(tǒng)與接點系統(tǒng)兩大部分組成。電磁系統(tǒng)由1線圈、7軛鐵、3銜鐵及2鐵芯等組成。接點系統(tǒng)由多組接點組成，每組接點組由一個動接點和兩個靜接點組成，兩個靜接點分別位于動接點的垂直上下方，定義為上（前）接點和下（后）接點。

電磁系統(tǒng)上接點下接點動接點3、繼電器原理認知繼電器勵磁吸起：繼電器線圈通電，銜鐵吸起，銜鐵帶動拉桿吸起，拉桿帶動動接點吸起，動接點與上接點閉

合，動接點與下接點斷開。繼電器失磁落下：繼電器線圈斷電，銜鐵落下，銜鐵帶動拉桿落下，拉桿帶動動接點落下，動接點與上接點斷

開，動接點與下接點閉合。4、繼電器圖形符號認知13線圈符號：箭頭向上表示常態(tài)吸起，箭頭向下表示常態(tài)落下接點符號：繼電器在箭頭所示的狀態(tài)時，實線通，虛線斷。繼電器實際狀態(tài)與箭頭狀態(tài)相反時，實線斷，虛線通。2J141J1212131213112J112J12111J13111J125、繼電器應用電路A斷開時，繼電器失磁落下，L1滅，L2亮。A閉合時，繼電器勵磁吸起，L1亮，L2滅。2J14A24v1L1L22J一、開關認知二、按鈕認知開關按鈕認知一、開關認知

1、開關設備認識

2、開關型號認識

3、開關符號認識

1、開關設備認識閘刀開關組合開關

電源屏中用到的手動開關有組合開關和閘刀開關。

閘刀開關已經(jīng)被隔離器所代替。組合開關是手動開關的一種，為左右旋轉(zhuǎn)操作。將靜接點裝在膠木盒內(nèi)，使開關向立體發(fā)展而減小面積。能根據(jù)電路的不同要求組成各種不同接法的開關，在供電設備中應用廣泛。2、組合開關的型號表示法及意義

組合開關通常為單投的，即只有一個接通位置。而閘刀開關則既有單投的，又有雙投的，但一般只有二極和三極的。3、開關圖形符號認識

手動開關的圖形符號如圖所示。

其中(a)、(b)為單極單投組合開關；(c)為二極雙投閘刀開關；(d)為三極雙投閘刀開關。

二、按鈕認知

1、按鈕設備認識

2、按鈕型號認識

3、按鈕圖形符號認識1、按鈕設備認識

按鈕用來遠距離操縱繼電器、接觸器等。具有外形小巧、造型美觀、規(guī)格齊全，生產(chǎn)簡單等優(yōu)點。它采用積木式兩面拼接裝配基座，接點數(shù)量可按需要拼接，一般為兩組常開和兩組常閉，接點的分斷能力較強。按鈕可做成很多形式以滿足不同的需要。信號電源設備中僅采用掀鈕式（用手掀壓操作）。為便于辨認，有紅、綠等色。2、按鈕型號意義認識

按鈕的型號表示法及意義如下例3、按鈕圖形符號認識按鈕的圖形符號下圖所示

一、斷路器認知1、斷路器設備功能認識2、斷路器結(jié)構(gòu)認識3、斷路器圖形符號認識1、斷路器設備功能認識

斷路器是指能夠關合、承載和開斷正常回路條件下的電流，并能在規(guī)定的時間內(nèi)承載和開斷異常回路條件（包括短路條件）下的電流的開關裝置。斷路器脫扣后，需要手動恢復。

2、斷路器結(jié)構(gòu)認識

斷路器結(jié)構(gòu)主要部分是具有過載、短路保護功能的脫扣器。其他部件還有銜鐵、極靴及與通斷機構(gòu)聯(lián)動的人工操作手柄。

脫扣器的主要部件是一個外面繞有線圈的密封金屬筒，筒內(nèi)裝有一些起阻尼作用的液壓油、一根彈簧和一個鐵芯。線圈的一端接移動觸頭，另一端接負載終端，固定觸頭接輸入終端。3、斷路器圖形符號認識1、隔離器設備功能認識2、隔離器圖形符號認識二、隔離器認知1、隔離器設備功能認識隔離器：類似閘刀開關，沒有防止過流、短路功能，無滅弧裝置；不能自動斷開負荷電流和短路電流。2、隔離器圖形符號認識

《通信信號電源設備維護》項目二：

電源屏基礎器件認知任務3：

穩(wěn)壓器認知（1）

——單相感應調(diào)壓器

基本工作原理2.3穩(wěn)壓器認知——學習目標學習目標：

（1）掌握穩(wěn)壓器作用

（2）熟悉穩(wěn)壓器分類

（3）掌握感應調(diào)壓器基本原理

（4）掌握自動補償式交流穩(wěn)壓器原理2.3.1穩(wěn)壓器（1）-單相感應調(diào)壓器基本原理一、交流穩(wěn)壓器工作原理分類：

1、第一類：在輸出電壓波動的時候，交流穩(wěn)壓器通過輸出電壓波動的反饋信號，利用穩(wěn)壓器“控制部分”調(diào)整穩(wěn)壓器“調(diào)整部分”的輸出電壓。

2、第二類：交流穩(wěn)壓器通過“對電壓波動具有惰性”的設備，使輸出電壓不隨輸入電壓波動而變動。第二類交流穩(wěn)壓器第一類交流穩(wěn)壓器2.3.1穩(wěn)壓器（1）-單相感應調(diào)壓器基本原理二、感應調(diào)壓器結(jié)構(gòu)組成：1、感應調(diào)壓器（主體部分）2、二次線圈手動調(diào)整傳動結(jié)構(gòu)及電動調(diào)整電動機3、配線及接線柱（信號感應調(diào)壓器均采用干式）干式感應調(diào)壓器手動調(diào)壓轉(zhuǎn)盤及蝸輪、蝸桿油浸式感應調(diào)壓器2.3.1穩(wěn)壓器（1）-單相感應調(diào)壓器基本原理三、單相感應調(diào)壓器電路組成：

單相感應調(diào)壓器由公共繞組g、二次繞組c和補償繞組B組成。

（補償補償B：補償負載電流產(chǎn)生的磁勢）單相感應調(diào)壓器-電路連接圖2.3.1穩(wěn)壓器（1）-單相感應調(diào)壓器基本原理四、電路分析：單相感應調(diào)壓器的電路圖其實很簡單：

①

兩端為：電路的輸入U1和輸出U2

②

中間為：串接的兩個線圈（公共繞組g、二次線圈c）。

單相感應調(diào)壓器的電路有“正接法”和“反接法”兩種，兩種接法各有特點，應視具體應用而定。

為了分析方便，下面以“正接法”為例。單相感應調(diào)壓器-“正接法”電路圖表示2個繞組存在磁耦合：g產(chǎn)生磁場，c耦合磁場2.3.1穩(wěn)壓器（1）-單相感應調(diào)壓器基本原理四、電路分析：很顯然：

U2=UC+Ug

①Ug=U1

②Uc電壓值：由磁場感應強度決定，為二次的感應電壓值

③

公共線圈g：“公共”在輸入回路與輸出回路中單相感應調(diào)壓器-“正接法”電路圖輸出回路2.3.1穩(wěn)壓器（1）-單相感應調(diào)壓器基本原理五、二次繞組c電壓值：

二次繞組c的電壓值和磁耦合強度成正比例關系，而磁耦合強度由二次繞組c與公共線圈g的位置關系等因素決定：

Uc=Ecmax*cosθ

Ecmax值：由調(diào)壓器生產(chǎn)時決定

θ值：

可自動/手動調(diào)整

單相感應調(diào)壓器-繞組結(jié)構(gòu)2.3.1穩(wěn)壓器（1）-單相感應調(diào)壓器基本原理六、調(diào)壓器輸出電壓計算：

U2≈Ug+Uc

≈U1+Ecmax*cosθ

即：調(diào)整θ值，即可調(diào)整輸出電壓。

單相感應調(diào)壓器-繞組結(jié)構(gòu)關系2.3.1穩(wěn)壓器（1）-單相感應調(diào)壓器基本原理七、調(diào)壓屏穩(wěn)壓調(diào)整部位：

U2≈U1+Ecmax*cosθ電動/手動調(diào)整θ值，調(diào)壓屏即可輸出穩(wěn)定電壓。

穩(wěn)壓器調(diào)整部位《通信信號電源設備維護》項目二：電源屏基礎器件認知任務4：開關電源認知（1）——什么是“開關電源”2.4開關電源——學習目標學習目標：

（1）掌握開關電源作用

（2）掌握開關電源主電路流程及各部分功能

（3）掌握開關電源在信號電源屏中的應用2.4開關電源1——

①（開關/非線性電源——線性電源）

開關（模式穩(wěn)壓）電源的名稱，是相對于以前的線性（模式穩(wěn)壓）電源來說的；即“開關電源”是一種非線性穩(wěn)壓電源。手機-線性電源-適配器手機-開關電源-適配器*適配器：就是“接口適配轉(zhuǎn)換器”。如：①電源適配：AC220v→DC5v；②它也可以是信息的接口適配/轉(zhuǎn)換，如“USB-串口轉(zhuǎn)換連接器”。2.4開關電源1——②

線性-非線性（數(shù)學）

什么是線性——非線性？

“線性”與“非線性”本身是兩個數(shù)學概念：

①

線性函數(shù)關系：兩個變數(shù)之間是一次方的函數(shù)關系。函數(shù)圖像為一條直線。

（注意：①

正比例關系是線性關系中的特例；②

反比例關系不是線性關系）

②

非線性函數(shù)關系：兩個變量之間不是一次方函數(shù)關系。函數(shù)圖像不是一條直線。

線性關系

非線性關系2.4開關電源1——②

線性-非線性（物理）“線性”與“非線性”后引申出相應的物理學概念：

①

線性的物理特性：如牛頓的經(jīng)典力學

（電阻、電容、電感等器件大多是線性器件）

②

非線性的物理特性：如量子力學與相對論

（光電器件、晶體管、集成電路大多是非線性器件）

線性器件

非線性器件2.4開關電源1——③

線性模式電源直流電源適配器基本組成：

①

先將交流市電經(jīng)過變壓器降壓、隔離

②

再經(jīng)整流電路得到脈動直流

③

后經(jīng)濾波得到帶有微小波紋電壓的直流電壓線性（穩(wěn)壓）電源（Linearpowersupply）

線性電源要達到高精度的電壓輸出，須經(jīng)線性的穩(wěn)壓電路（電壓反饋電路工作在線性放大狀態(tài)）進行穩(wěn)壓。如“感應調(diào)壓器”。

線性電源優(yōu)點：性能穩(wěn)定、沒有高頻紋波干擾，

便于維修

線性電源缺點：發(fā)熱、能源轉(zhuǎn)換效率低，

難于小型化、模塊化2.4開關電源1——③

線性模式電源-穩(wěn)壓部件

自動補償式穩(wěn)壓電源

感應調(diào)壓器

穩(wěn)壓變壓器2.4開關電源1——④

開關模式電源

開關模式電源（SwitchModePowerSupply，簡稱SMPS），是一種高頻化電能轉(zhuǎn)換裝置，是采用高頻開關方式穩(wěn)壓的電源，穩(wěn)壓電路部分工作在非線性（截止/飽和）狀態(tài)。

開關電源的輸入多半是交流電源（例如市電），而輸出多半是需要直流的設備（例如個人電腦、多數(shù)的手機充電器）。

開關電源主要優(yōu)點：①

功耗小、效率高；

②

穩(wěn)壓范圍寬；

③

體積小、重量輕，便于模塊化（維修時更換模塊即可）。《通信信號電源設備維護》項目二：電源屏基礎器件認知任務4：開關電源（2）——電路特性、組成、應用2.4開關電源2——①

發(fā)明原因問題1：為什么要發(fā)明開關電源？

人類在發(fā)明微型計算機時，必須解決的一個問題是：如何給電腦各部件（CPU、內(nèi)存、硬盤、光驅(qū)、顯卡等）提供各種直流電壓的高品質(zhì)穩(wěn)壓電源。

采用復雜電力電子技術進行高精度穩(wěn)壓控制的“高頻開關穩(wěn)壓直流電源”應運而生。2.4開關電源2——②

特性、基本電路組成問題2：非線性的穩(wěn)壓方式對輸入電源有何影響？

開關電源采用非線性的*“DC-DC變換電路”進行穩(wěn)壓，但電路的非線性：

①

會使輸入電流產(chǎn)生脈沖波動，輸入電流的波形畸變使電源輸入功率因數(shù)很低，因此，開關電源需要進行*輸入功率因數(shù)校正。

②

產(chǎn)生大量高頻諧波分量污染電網(wǎng)，故需高頻隔離。DC-DC變換穩(wěn)壓電路功率因數(shù)補償電路（電感有升壓和高頻隔離的作用）2.4開關電源2——③

主要功能組成問題3：開關電源的主要電路組成有哪些？

①

輸入沖擊電流限幅（浪涌抑制）

②

輸入濾波（LC低通濾波、高次諧波衰減）

③

功率因數(shù)校正（直流升壓+高頻電流隔離+PWM信號控制）

④

DC-DC變換穩(wěn)壓（由PWM信號控制）

⑤

高頻逆變（輸出高頻、低壓交流）

⑥

各種交流變壓

⑦

整流、濾波輸出直流各種電壓輸出也可以各種AC電壓輸出輸入濾波一般為LC低通濾波直流-直流變換電路脈寬調(diào)制穩(wěn)壓-逆變-隔離-整流-（一般）LC低通濾波2.4開關電源2——③

主要功能組成開關電源核心部分市電220V交流輸入升壓直流變換電路輸入功率因數(shù)校正開關電源

一般組成開關電源——原理框圖2.4開關電源2——④

應用-UPS問題4：開關電源能輸出穩(wěn)壓交流么？①

動態(tài)UPS②

靜態(tài)UPS

當然可以。開關電源可以各種穩(wěn)壓交流和各種穩(wěn)壓直流輸出，所以，以開關電源技術為核心的，電力電子化的靜態(tài)UPS就誕生了。（UPS最初要求是AC輸出）2.4開關電源2——⑤

大容量應用及相應技術問題5：開關電源大容量應用時還需哪些技術？

開關電源的高頻化使自身無機械觸點（軟啟動技術），易小型化、模塊化、高效，易維修（直接更換模塊即可）；

但單個的開關電源模塊不易實現(xiàn)大容量輸出，故在大容量電源應用時還需一些其它基本技術。

①

大容量DC輸出：

冗余技術、并聯(lián)均流技術

②

大容量AC輸出：（交流相位）同步、鎖相技術2.4開關電源2——⑤

大容量應用及技術

大容量UPS一般都需要采用高品質(zhì)冗余技術，并聯(lián)均流技術，同步、鎖相等技術?！锻ㄐ判盘栯娫丛O備維護》項目二：電源屏基礎器件認知任務4：開關電源認知（3）——DC-DC變換電路

①

整體認知2.4開關電源4——DC-DC變換電路開關電源的“DC-DC變換電路”實際上包含兩部分：

①DC-DC升壓變換器：直流升壓、輸入功率因數(shù)補償

②DC-DC變換器：

直流穩(wěn)壓輸出

（共同點：都需要控制信號PWM波對功率管進行控制）②

DC-DC變換器①

DC-DC升壓變換器2.4開關電源3——DC-DC變換-整體認知DC-DC變換電路：是開關電源的核心。其組成包括：

①

高頻變換/逆變（高頻脈寬調(diào)制穩(wěn)壓-逆變）

②

隔離

③

高頻整流

④

平滑濾波推挽式-直流變換器①②③④2.4開關電源3——DC-DC變換-功率開關管DC-DC變換電路（1）——功率開關管：

①

接受控制電路的PWM波控制，導通或截止

②

實現(xiàn)穩(wěn)壓

③

逆變修正波逆變-高頻變壓器原邊電壓波形（舉例）2.4開關電源3——DC-DC變換電路DC-DC變換電路（2）——高頻變壓器：

①

儲能、傳遞能量

②

變壓，隔離正弦波逆變-高頻變壓器副邊電壓波形（舉例）2.4開關電源3——DC-DC變換電路DC-DC變換電路（3）——整流二極管：

①

整流、DC輸出

②

隔離正弦波全波整流波形（舉例）2.4開關電源3——DC-DC變換電路DC-DC變換電路（4）——輸出平滑濾波：

①

濾波

②

隔離

《通信信號電源設備維護》項目二：電源屏基礎器件認知任務4：開關電源（4）——DC-DC變換電路

②

脈寬調(diào)制-穩(wěn)壓原理2.4開關電源4——DC-DC變換電路開關電源的“DC-DC變換電路”實際上包含兩部分：

①DC-DC升壓變換器：直流升壓、輸入功率因數(shù)補償

②DC-DC變換器：

直流穩(wěn)壓輸出

（共同點：都需要控制信號PWM波對功率管進行控制）②

DC-DC變換器①

DC-DC升壓變換器2.4開關電源4——DC-DC變換電路

在開關電源電路中，我們平時所說的“DC-DC變換器”指的是具有穩(wěn)壓功能的DC-DC變換部分，該電路部分的工作流程包括：

①

通過

PWM脈寬調(diào)制

進行：

穩(wěn)壓

②

通過

電路結(jié)構(gòu)

進行：

逆變

③

通過

高頻變壓器

進行：

能量傳遞、隔離

④

通過

二極管

進行：

整流、隔離DC-DC變換電路2.4開關電源4——DC-DC變換電路

開關電源的核心問題當然是“直流穩(wěn)壓”，如何實現(xiàn)“高頻開關方式穩(wěn)壓”，離不開2個關鍵技術：

①

可高頻開關（飽和/截止）的功率管（大功率晶體管）

②

高頻的-開關穩(wěn)壓-控制信號脈寬調(diào)制穩(wěn)壓、逆變部分高頻功率管2.4開關電源4——DC-DC變換電路-①功率管

高頻開關功率管在不同功率電路中的選擇：1、

小功率情況下：

功率三極管/晶體管

2、

較大功率情況下：

晶閘管/可控硅整流器/可控硅3、

更大功率情況下：

IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor）高頻功率管2.4開關電源4——DC-DC變換電路-①功率管1、

功率晶體管適用特點：

①

只適用于較小功率器件中：

一般功率在幾十W以內(nèi)

②

可適用于較高頻率電路中：

如諧振型直流變換器，頻率可達10MHz以上

（常用的高頻功率三極管有3da87、3dal51、3dal52、3da88、3dag3、3da30、3dal4、3da41、3dal、3da2、3da3等。//常用的低頻大功率三極管有:3ddl2、3ddl3、3ddl4、3ddl5、3dd50、3ddl00、3dd52、3ddlo2、3dd205、3dd207、3dd301、3cd6、3cd3o、dd0l、dd03等）2.4開關電源4——DC-DC變換電路-①功率管2、晶閘管

晶體閘流管（Thyristor）又稱做可控硅整流器，曾被簡稱為可控硅。

應用功率一般在幾百W以內(nèi)，頻率一般在100KHz以內(nèi)。

①A極：接電源正極

②K極：接電源負極

③G極：控制極/門極2.4開關電源4——DC-DC變換電路-①功率管3、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）

它是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅(qū)動式功率半導體器件,兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優(yōu)點。

IGBT應用功率可達1000W以上，應用頻率一般在100KHz以內(nèi)。2.4開關電源4——DC-DC變換電路-②穩(wěn)壓原理11、燈泡的亮度問題：

燈泡的亮度由電功率決定，電功率越大，燈泡越亮。

電功率（Power）：電流在單位時間內(nèi)做功的多少，單位瓦特（W）。

電功率計算公式：

P=W/t=U×I=I2×R=U2/R

可見，純阻性負載燈泡的亮度由電壓決定，燈泡端有效電壓越高，燈泡越亮；有效電壓越低，燈泡越暗。

若輸入電壓不穩(wěn)定，調(diào)節(jié)燈泡端的有效電壓即可使其亮度穩(wěn)定。2.4開關電源4——DC-DC變換電路-②穩(wěn)壓原理12、燈泡有效電壓的調(diào)節(jié)問題：①

在單位時間內(nèi)，開關的閉合時間越長，燈泡的有效電壓越高，燈泡越亮②

周期時間T越長（即頻率f越?。?，燈泡的閃爍感越強③

燈泡有效電壓不可能超過直流電源電壓2.4開關電源4——DC-DC變換電路-②穩(wěn)壓原理13、如何減小周期T的問題：①

在單位時間內(nèi)，開關的閉合時間越長，燈泡的有效電壓越高，燈泡越亮②

周期時間T越長（即頻率f越?。瑹襞莸拈W爍感越強③

燈泡有效電壓不可能超過直流電源電壓1.無機械觸點，可實現(xiàn)10KHz+的高頻穩(wěn)定通斷2.通斷狀態(tài)可被即時控制，以實現(xiàn)燈泡兩端有效電壓的穩(wěn)定2.4開關電源4——DC-DC變換電路-②穩(wěn)壓原理14、穩(wěn)壓的最終幾個問題：①

用功率管（如IGBT）代替機械開關②

用控制信號PWM波控制IGBT門極（G極），實現(xiàn)IGBT自動開關（截止/飽和）③

燈泡端即時電壓反饋給PWM波控制芯片，芯片控制PWM波輸出波形2.4DC-DC變換-②穩(wěn)壓原理2-脈寬調(diào)制技術波形需根據(jù)輸出電壓值即時調(diào)整控制5、何謂“脈寬調(diào)制PWM”（PulseWidthModulation）：①

“脈”：即“脈沖信號”，PWM波是脈沖信號②

“寬”：指調(diào)整矩形脈沖波控制信號“一個周期內(nèi)的高/低電平時間（占空比）”。即：調(diào)整矩形脈沖波一個周期內(nèi)的高低電平時間寬度）③

“調(diào)制”：對控制PWM波信號的“調(diào)整控制”2.4DC-DC變換-②穩(wěn)壓原理2-脈寬調(diào)制原理6、脈寬調(diào)制(PWM)技術原理：

①在功率管開關頻率恒定的情況下，②利用反饋的輸出電壓波動信號，③變化控制功率管開關的矩形波，調(diào)整其每一周期內(nèi)的占空比，④實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。

發(fā)生PWM波的分步控制電路非常復雜，所以現(xiàn)在一般采用集成電路方式控制PWM波的發(fā)生。3525-PWM控制-芯片原理框圖2.4DC-DC變換-②穩(wěn)壓原理2-脈寬調(diào)制應用

現(xiàn)在的脈寬調(diào)制技術本質(zhì)上是一種通過微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制，是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。

以數(shù)字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。

許多微控制器內(nèi)都包含PWM控制器。2.4DC-DC變換-②穩(wěn)壓原理3-PWM控制芯片舉例6、“脈寬調(diào)制控制芯片”舉例：3525簡介：《通信信號電源設備維護》項目二：電源屏基礎器件認知任務4：開關電源認知（5）——DC-DC變換電路

③

逆變技術2.4開關電源5——①

什么是“逆變”逆變器：把直流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣鞯囊环N電能變換裝置。

逆變是整流的逆向變換。①

小功率情況下：

采用晶體管逆變器②

較大功率情況下：采用晶閘管/IGBT逆變器經(jīng)（理想）逆變后2.4開關電源5——②

為什么要“逆變”①

在實際應用中，我們經(jīng)常需要將交流電能轉(zhuǎn)換成相應的直流電能（AC→DC）供直流設備使用②

我們也經(jīng)常需要將直流電能轉(zhuǎn)換成相應的交流電能（DC→AC）供交流設備使用①

整流②

逆變①②2.4開關電源5——③

交替開關式“整流”**①

AC通過不同極性（方向）的開關電路，可轉(zhuǎn)換為DC

②DC通過不同極性（方向）的開關電路，可轉(zhuǎn)換為AC

①

②②①2.4開關電源5——③

交替開關式逆變

①

AC通過不同極性（方向）的開關電路，可轉(zhuǎn)換為DC**

②DC通過不同極性（方向）的開關電路，可轉(zhuǎn)換為AC

①

②②①方波逆變輸出方波逆變輸出2.4開關電源5——③

震蕩式逆變

當前市場主要的逆變方式為“交替開關式”逆變，但其實還有“震蕩式”逆變，但電路控制結(jié)構(gòu)往往非常復雜，應用較少?！罢鹗幨健蹦孀児ぷ髟砜驁D2.4開關電源——④

逆變輸出方式

逆變器按逆變波形又分為：

①

方波逆變器

②

修正波（階梯波）逆變器

③

正弦波逆變器

①

方波逆變

②

修正波（階梯波）逆變③

正弦波逆變2.4開關電源——④

逆變輸出方式“逆變”信號輸出方式①方波逆變②修正波逆變逆變方式分類③

正弦波逆變2.4開關電源——④

逆變方式-方波輸出

方波逆變器：輸出的交流電壓波形為方波。

此類逆變器特點是使用的功率開關管數(shù)量很少，設計功率一般在百瓦至千瓦之間，電路結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、維修方便。

缺點是：方波電壓中含有大量高次諧波，調(diào)壓范圍不夠?qū)挘Ｗo功能不夠完善，噪聲比較大。方波逆變2.4開關電源——④

逆變方式-修正波輸出

此類逆變器輸出的交流電壓波形為階梯波，實現(xiàn)輸出也有多種不同電路結(jié)構(gòu)。

優(yōu)點：輸出波形比方波有明顯改善，高次諧波含量減少，當階梯達到17個以上時輸出波形可實現(xiàn)準正弦波。

缺點：使用的功率開關管較多，其中有些線路形式還要求有多組直流電源輸入。修正波（梯形波）逆變2.4開關電源——④

逆變方式-正弦波輸出正弦波逆變器

優(yōu)點：輸出波形好，失真度很低，對設備干擾小，噪聲低，保護功能齊全，整機效率高。

缺點：線路相對復雜，對維修技術要求高，價格較貴。正弦波逆變2.4開關電源——⑤

簡單并聯(lián)逆變電路

簡單并聯(lián)逆變電路（1）組成：2個晶閘管（開關器件）、換向電容、變壓器。（2）輸出波形：方波PWM波控制信號輸出電壓值Uo反饋2.4開關電源——⑤

簡單并聯(lián)逆變電路（1）控制信號Ug控制VS1導通（VS2關斷）時：①

變壓器原邊電流（如圖）,

忽略晶閘管導通壓降，線圈N1電壓為E（極性如圖）②

線圈N2由于變壓器的自耦合作用產(chǎn)生感應電壓E（極性如圖）③

換向電容C：以2E電壓值充電，為換向做準備④

輸出電壓Uo：電壓值為E（極性如圖）2.4開關電源——⑤

簡單并聯(lián)逆變電路（2）控制信號Ug控制VS2導通（VS1關斷）時：①

變壓器原邊電流（如圖）,

線圈N1電壓為E②

線圈N2感應電壓E③

換向電容C：以2E電壓值充電，為換向做準備④

輸出電壓Uo：電壓值為E（極性如圖）2.4開關電源——⑤

簡單并聯(lián)逆變電路①

晶閘管導通觸發(fā)信號Ug：

由控制電路提供（振蕩器產(chǎn)生震蕩頻率，雙穩(wěn)觸發(fā)器整形）②

輸出波形：方波

輸出電壓可采用脈寬調(diào)制方法，讓每個矩形波按某一比例加寬或減窄，以改變最終輸出正弦波的幅值③

穩(wěn)壓需反饋信號④

高頻變壓器主要作用：

<1>隔離保護；<2>高導磁率提升輸出效率2.4開關電源——⑤

簡單并聯(lián)逆變電路PWM波反饋信號參與穩(wěn)壓《通信信號電源設備維護》項目二：電源屏基礎器件認知任務4：開關電源認知（6）——DC-DC變換電路

④

電路分析舉例2.4開關電源6——DC-DC變換-說明“DC-DC變換”在不同場景下有不同的名稱與含義：

①

功能概念：指將一個DC輸入，轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌匦缘闹绷鬏敵觥?/p>

這里的“DC-DC變換”就是一個功能概念。

②

電路結(jié)構(gòu)的概念：指能實現(xiàn)“DC-DC變換”功能的一個局部電路。

③

電子器件的概念：指能實現(xiàn)“DC-DC變換”功能的一個電子器件。

（當然，很多時候名稱叫法很難嚴格區(qū)分）DC-DC變換電路DC-DC變換器2.4開關電源6——DC-DC變換-分類“DC-DC變換”根據(jù)工作原理可分為2大類：①

PWM型變換（交替開關式逆變）

技術成熟、種類多、易于學習；我們一般所說的“DC-DC變換器”均是指該類型器件/電路。

但該類型變換器在更高工作頻率下問題很多，如：①開關損耗增加、效率降低；②寄生電感、電容增加，產(chǎn)生很大尖峰電壓和浪涌電流，可能損害開關管，且開關噪聲增加。②

諧振型變換（震蕩式逆變）

技術優(yōu)勢大；

但技術復雜，設計難度大，成本高，不易于初學。2.4開關電源6——DC-DC變換器-分類“DC-DC變換器”根據(jù)工作原理分類DC-DC變換器PWM型直流變換器諧振型直流變換器2.4開關電源6——DC-DC變換器-分類“DC-DC變換器”其它分類方式：

①

按輸入/輸出電壓關系進行分類

②

按變壓器工作狀態(tài)進行分類

③

按電路結(jié)構(gòu)和特點的不同進行分類。

總的來說，“DC-DC變換器”種類非常多，且不易學習。2.4開關電源6——DC-DC變換器-分類“PWM型DC-DC變換器”分類方式DC-DC變換器①

按“輸入-輸出電壓關系”分類③

按“電路結(jié)構(gòu)不同”分類②

按“變壓器工作狀態(tài)”分類2.4開關電源6——PWM型-高頻變換電路要點“高頻變換電路”是“PWM型DC-DC變換電路”的核心，也是開關電源和許多UPS的核心。其主要內(nèi)容包括：

①

功率管選擇

②

PWM控制方式

③

逆變電路結(jié)構(gòu)

輸入：高壓DC

輸出：低壓高頻AC推挽式-直流變換器高頻變換電路2.4開關電源6——直流變換電路-舉例分析

為了易于學習，下面按電路結(jié)構(gòu)，選擇簡單的“單端反激式-直流變換器”的基本電路，對直流變換器的主要功能進行分析。“單端反激式”-直流變換器-基本電路基本電路組成：

①

功率開關晶體管：

VT

②

高頻變壓器：

T

③

整流二極管：

VD

④

濾波電容：

CO

⑤

負載電阻：

RL2.4開關電源6——單端反激式變換器-工作原理“單端反激式”-直流變換器-基本電路功率開關晶體管VT：

基極電位接受“PWM波控制芯片”發(fā)出的PWM波控制，實現(xiàn)快速-高頻的無觸點開關狀態(tài)變換?！皢味朔醇な健敝绷髯儞Q器工作原理：PWM波控制芯片（高電平）①

Ub高電平時：VT導通，此時VD截止，

故稱作“反激式”變換器

此時，電場能量→磁場能量，磁能儲存在變壓器次級電感中；

此時，電容CO給負載RL供給電流截止導通2.4開關電源6——單端反激式變換器-工作原理“單端反激式”-直流變換器-基本電路“單端反激式”直流變換器工作原理：②

Ub低電平時：VT截止，此時VD導通，

此時，變壓器次級電感中儲存的

磁場能量→電場能量

電流通過二極管VD給負載RL泄放

輸出電壓UO：PWM波控制芯片（低電平）截止導通2.4開關電源6——單端反激式變換器-工作原理“單端反激式”-直流變換器-基本電路輸出電壓：①

Uin：輸入電壓②

n：

變壓器匝數(shù)比（n=NP/NS）③

δ：

開關管占空比（δ=T1/T）****可見，改變開關管的占空比δ，可調(diào)節(jié)輸出電壓的數(shù)值，并使之穩(wěn)定。2.4開關電源——獨立“DC-DC轉(zhuǎn)換器件”

獨立的“DC-DC變換器件”，通常稱作“直流斬波器”，也稱為“截波器”：是將輸入的直流變換為另一固定電壓或可調(diào)電壓的直流器件。

DC/DC轉(zhuǎn)換分為3類：①升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器，②降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器，③升降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器。2.4開關電源——DC-DC變換器件及參數(shù)-舉例

DC-DC變換-參數(shù)舉例《通信信號電源設備維護》項目二：電源屏基礎器件認知任務4：開關電源認知（7）——功率因數(shù)校正（PFC）①

PowerFactorCorrection

基本概念2.4功率因數(shù)校正①-基本概念1：PFC1、什么是“功率因數(shù)校正”

（

注①

功率因數(shù)符號：

PF：PowerFactor

，或cosφ，或μ）

功率因數(shù)校正（

PFC：PowerFactorCorrection）

顧名思義，就是“對功率因數(shù)進行校正”。

（

注②

在額定頻率和額定電壓情況下：

效率η

=PO/Pi*100%

）

PO：輸出有功功率值，單位W；

Pi：輸入有功功率值

那么，什么又是“功率因數(shù)”？

何謂“校正”呢？2.4功率因數(shù)校正（PFC）①-基本概念2：PF2、什么是“功率因數(shù)（PF：PowerFactor）”功率因數(shù)：指交流電路中有功功率對視在功率的比值

（功率因數(shù)公式1）

PF=P/PS

（三相電路中：

P2+Q2=S2

）

（

①

PS/S：視在功率;②

P:有功功率

③Q：無功功率）

視在功率：表示交流電器設備的容量，等于電路中電壓有效值和電流有效值的乘積。視在功率的單位為伏安（VA）或千伏安。

PS=U×I

（U：電壓有效值

②I：電流有效值）

有功功率：指單位時間內(nèi)實際發(fā)出或消耗的交流電能量，是周期內(nèi)的平均功率。單相電路中等于電壓有效值、電流有效值和功率因數(shù)的乘積。多相電路中等于相數(shù)乘以每相的有功功率。單位為瓦、千瓦。

P=PS

×PF

2.4功率因數(shù)校正（PFC）①-基本概念2:PF*電網(wǎng)中的功率為什么沒有完全被負載電路用掉？在具有抗性和非線性器件的交流電路中，負載電路和電源之間會一直存在著一定功率的電能交換，而這部分功率不做功。

這部分負載與電源之間的交換功率，叫做“無功功率”。單相交流電路中，無功功率等于電壓有效值、電流有效值和電壓與電流間相位角的正弦三者之積。單位為Var（乏）。

無功功率（公式2）=U×I×sinφ

（φ：電壓與電流之間的相角差）

無功功率（公式1）=視在功率-有功功率

無功功率也是電網(wǎng)中實實在在的功率，是電網(wǎng)的負擔和危害。2.4功率因數(shù)校正（PFC）①-基本概念3:PF分類3、“功率因數(shù)（PF）”分類：

①

相移功率因數(shù)（cosφ）

（由電抗性器件產(chǎn)生）

②

失真功率因數(shù)（μ）

（由非線性器件產(chǎn)生）

注：非線性失真對電路影響是很不好的，也的確會產(chǎn)生非線性功率因數(shù)損失，但該數(shù)值很難計算清楚，所以我們在計算功率因數(shù)時，通常并不計算失真功率因數(shù)。

（功率因數(shù)公式2）

PF=cosφ×μ

*功率因數(shù)低，會對電力系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，特別是對電網(wǎng)不良影響很大2.4功率因數(shù)校正（PFC）①-基本概念3:PF分類功率因數(shù)PowerFactor①相移功率因數(shù)（Cosφ）②失真功率因數(shù)（μ）功率因數(shù)（PF）分類2.4功率因數(shù)校正（PFC）①-基本概念3：Cosφ3-1、相移功率因數(shù)Cosφ：

①在交流電路中，②當電壓、電流為正弦波，③負載中存在電抗性器件（電容、電感），且表現(xiàn)有抗性（非純阻性）時，④會使電壓與電流的正弦波之間存在相位差φ，⑤這時，電路的有功功率P會下降。

（

P=U*I*Cosφ

）

①U：交流有效電壓值；②I:交流有效電流值2.4功率因數(shù)校正（PFC）①-基本概念3：μ3-2、失真功率因數(shù)μ：

①當輸入電壓不是正弦波時，②當負載中存在非線性器件（如整流器）時；系統(tǒng)電流產(chǎn)生突變，電流波形扭曲，電流中包含許多高頻諧波成分。

高頻諧波電流對電路有很多害處，會降低功率因數(shù)。

（

失真功率因數(shù)μP=U*I*Cosφ

）

①U：交流有效電壓值；②I:交流有效電流值；③φ：電壓與電流之間的相角差2.4功率因數(shù)校正（PFC）①-基本概念4：PFC定義4、“功率因數(shù)校正”定義：

功率因數(shù)校正：就是減小負載電路中電抗性和非線性器件對輸入電源影響，減小兩者之間的交換功率；

將畸變的輸入電流（非線性原因）校正為正弦波電流，并使輸入電流與輸入電壓同相位（電抗性原因）。

由于開關電源中必然的要使用相當數(shù)量的電抗性器件和非線性器件，所以，沒有功率因數(shù)校正電路的開關電源被限制應用。2.4功率因數(shù)校正（PFC）①-基本概念5：基本方法5、“開關電源的功率因數(shù)校正”基本方法：

①

無源（被動）方式功率因數(shù)校正（PassivePFC）：

在開關電源輸入端加入電感量很大的低頻電感，以減小濾波電容器的充電電流峰值。

優(yōu)點：方法簡單

缺點：校正效果不理想，PF可達0.85；且低頻電感增大電源體積。

②

有源（主動）方式功率因數(shù)校正（ActivePFC）：

優(yōu)點：校正效果好，PF可達0.99以上；且輸入電流波形失真度小于5%。

缺點：電路相對較復雜，可靠性相對降低。

所以，該方式在開關電源中應用最多，效果最好。2.4功率因數(shù)校正（PFC）①-基本概念5：基本方法功率因數(shù)校正（PowerFactorCorrection）①無源功率因數(shù)校正（CassivePFC）②有源功率因數(shù)校正（ActivePFC）功率因數(shù)校正（PFC）分類2.4功率因數(shù)校正（PFC）①-基本概念：波形失真率6、什么是“波形失真度/率”：

波形失真度：指在交流電源濾除基波后，所剩各次諧波構(gòu)成的電壓有效值，同原波形有效值之比。

波形失真率可衡量（交流穩(wěn)壓電源、不間斷電源、正弦波逆變器等設備的）輸出電壓的波形偏離正弦波的程度。

波形失真度=Ux/U=1-Uj/U

①U：

原波形有效電壓值

②Uj：基波有效電壓值

③Ux：全部諧波總電壓有效值帶有高頻諧波的“原波”波形，有效電壓值U“基波”波形，有效電壓值Uj《通信信號電源設備維護》項目二：電源屏基礎器件認知任務4：開關電源認知（7）

——功率因數(shù)校正電路

②

有源功率因數(shù)校正（APFC）(ActivePowerFactor

Correction）2.4功率因數(shù)校正②-1什么是有源功率因數(shù)校正1、什么是“有源功率因數(shù)校正（APFC）”：

有源功率因數(shù)校正：是指采用“有電源的功率因數(shù)校正控制電路”對開關電源的輸入進行的功率因數(shù)校正。它又可分為：

（1）非連續(xù)電流式控制型

該類型又可分為：

①正激型（Forward）②反激型（Flyback）

（2）連續(xù)電流式控制型

該類型又可主要分為：①升壓型（Boost）

②降壓型（Buck）

③升降壓型（Buck-Boost）

其中，“升壓型-連續(xù)電流式有源功率因數(shù)校正”（BoostAPFC）最為常用,一般簡稱為：升壓型PFC,或

BoostPFC。2.4功率因數(shù)校正②-1什么是有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校正（APFC）1.非連續(xù)電流控制方式*2.連續(xù)電流控制方式有源功率因數(shù)校正（APFC）的分類①正激型（Forward）②反激型（Flyback）①升壓型（Boost）②降壓型（Buck）②反激型（Buck-Boost）2.4功率因數(shù)校正②-2APFC主要特點2、升壓型PFC主要特點：（1）輸入電流完全連續(xù)，輸入電流在整個的正弦周期內(nèi)都可以調(diào)制，因此可獲得很高的功率因數(shù)，功率因數(shù)可達0.99以上（2）電感電流即為輸入電流，容易調(diào)節(jié)（3）開關管柵極驅(qū)動信號與輸出共地，驅(qū)動簡單（4）輸入電流連續(xù)，開關管電流峰值較?。粚斎腚妷鹤兓m應性強，適用于電網(wǎng)電壓變化特別大的場合。（5）輸入電流波形失真度?。盒∮?%主要缺點是輸出電壓比較高，一般需要采用高頻隔離變壓器實現(xiàn)輸出短路保護。2.4功率因數(shù)校正②-3APFC主電路結(jié)構(gòu)3-1、有源升壓型PFC主電路結(jié)構(gòu)組成：①

整流橋：AC→DC②

高頻電感L：效率高、反應快、電壓一般>300V③

功率開關管VT：也叫“斬波管”，經(jīng)常選用相應的MOSFET④

二極管VD：整流、隔離電容C放電干擾⑤

電容C：濾波⑥

控制電路（包含取樣電阻RS）2.4功率因數(shù)校正②-2APFC控制電路結(jié)構(gòu)3-2、APFC控制電路結(jié)構(gòu)組成：①

直流基準電壓②

誤差放大器+低通濾波器③

乘法器④

電流檢測與變換電路⑤

電流放大器⑥

鋸齒波發(fā)生器⑦

比較器⑧“功率開關晶體管VT”驅(qū)動電路

注：開關的通與斷對信號波形有“斬波”的作用。故，相應的電路也可叫“斬波電路/斬波器”控制電路輸入：輸出電壓反饋采樣點控制電路輸入：輸入電壓采樣點控制電路輸出：PWM波控制點2.4功率因數(shù)校正②-4APFC的PWM波產(chǎn)生過程①4、APFC的控制信號（PWM波）產(chǎn)生的主要流程：（1）APFC控制電路：“基準電流信號”

產(chǎn)生流程：功率因數(shù)校正電路PFC控制電路部分（局部）①②③③“基準電流信號”2.4功率因數(shù)校正②-4APFC的PWM波產(chǎn)生過程②4、APFC的控制信號（PWM波）產(chǎn)生的主要流程：（2）APFC控制電路：“輸入電流與輸入電壓的相位差（輸入電流相位誤差信號）”產(chǎn)生流程：功率因數(shù)校正電路①控制電路輸入輸入電流采樣點②PFC控制電路部分（局部）輸入電流誤差信號2.4功率因數(shù)校正②-4APFC的PWM波產(chǎn)生過程③4、APFC的控制信號（PWM波）產(chǎn)生的主要流程：（3）APFC控制電路：“脈寬調(diào)制信號（PWM波）”產(chǎn)生流程：功率因數(shù)校正電路①②PFC控制信號PWM波2.4功率因數(shù)校正②-4APFC的PWM波產(chǎn)生過程③4、APFC的控制信號（PWM波）產(chǎn)生的主要流程：

鋸齒波（SawtoothWave）是常見的波形之一。

標準鋸齒波的波形先呈直線上升，隨后陡落；再上升，再陡落，如此反復。

鋸齒波是一種非正弦波，由于它具有類似鋸子一樣的波形，即具有一條直的斜線和一條垂直于橫軸的直線的重復結(jié)構(gòu)，它被命名為鋸齒波2.4功率因數(shù)校正②-5有源功率因數(shù)校正-工作原理5、APFC的工作原理：“脈寬調(diào)制信號（PWM波）”通過驅(qū)動電路后，在功率開關管VT（MOSFET）的柵極，控制其導通或關斷，使輸入電流跟蹤基準電流變化。功率因數(shù)校正電路①②PWM波MOSFET2.4功率因數(shù)校正②-5工作原理-功能目標5、APFC的工作原理：（1）PWM波控制的波形和目標①

uin：

輸入電壓實際波形②

iL：

電感L實際波形，即：輸入電流實際波形③

iave：輸入電流校正后實際有效（平均）波形最終目標：PF=（

uin*iave/U*I）接近1

即：功率因數(shù)接近1

（1）U：開關電源輸入電壓有效值

（2）I:開關電源輸入電流有效值功率因數(shù)校正電路的輸入電壓和電流波形①②③④PWM波每周期內(nèi)的開啟時間2.4功率因數(shù)校正②-5工作原理-控制流程5、APFC的工作原理：（2）PWM波的控制流程①①

電感L儲能過程：PWM波控制功率開關管VT導通，高頻電感L中的電流iL（即：電源實際輸入電流）線性（直線連續(xù)）上升，電感儲能。功率因數(shù)校正電路的輸入電壓和電流波形iLVT導通開始點，iL等于0平均電流/電流有效值2.4功率因數(shù)校正②-5工作原理-控制流程5、APFC的工作原理：（2）PWM波的控制流程②②