第4部分電源輸入級(jí)電路

1、2021-10-22 做實(shí)驗(yàn)不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的加輸入，有輸出就算成功了。做實(shí)驗(yàn)不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的加輸入，有輸出就算成功了。這樣的話，學(xué)不到真正的知識(shí)。這樣的話，學(xué)不到真正的知識(shí)。 遇到問(wèn)題，要分析問(wèn)題的原因，尋找到原因，才能找遇到問(wèn)題，要分析問(wèn)題的原因，尋找到原因，才能找到解決的辦法。這樣才能學(xué)到真正的知識(shí)，對(duì)實(shí)踐的到解決的辦法。這樣才能學(xué)到真正的知識(shí)，對(duì)實(shí)踐的能力有很大提高，對(duì)電路的工作原理理解很深入。能力有很大提高，對(duì)電路的工作原理理解很深入。 學(xué)會(huì)分析電路的方法，學(xué)會(huì)排除故障的能力，這種能學(xué)會(huì)分析電路的方法，學(xué)會(huì)排除故障的能力，這種能力在社會(huì)工作上才能應(yīng)用上。力在社會(huì)工作上才能應(yīng)用上。 下個(gè)星期

2、二的課下個(gè)星期二的課 調(diào)到調(diào)到1818周星期周星期1 3/41 3/4節(jié)。節(jié)。 2021-10-222 第第4 4部分部分 電源輸入級(jí)電源輸入級(jí)1.1.離線運(yùn)行：兩種整流濾波方式和輸入儲(chǔ)能電容特性離線運(yùn)行：兩種整流濾波方式和輸入儲(chǔ)能電容特性 2.2.射頻干擾抑制射頻干擾抑制-emi-emi濾波器和安規(guī)事項(xiàng)濾波器和安規(guī)事項(xiàng) 3.3. 功率因數(shù)校正功率因數(shù)校正-為什么要用功率因數(shù)校正及其方法為什么要用功率因數(shù)校正及其方法 4.4. 浪涌電流浪涌電流-產(chǎn)生及其抑制的方法產(chǎn)生及其抑制的方法 5.5. 保持時(shí)間保持時(shí)間-定義及其增加保持時(shí)間的方法定義及其增加保持時(shí)間的方法 2021-10-2231.1.

3、離線運(yùn)行離線運(yùn)行 -兩種整流濾波方式和輸入儲(chǔ)能電容特性兩種整流濾波方式和輸入儲(chǔ)能電容特性 高頻開(kāi)關(guān)電源大致分為離線式開(kāi)關(guān)電源和高頻開(kāi)關(guān)電源大致分為離線式開(kāi)關(guān)電源和dc-dcdc-dc模塊電源。模塊電源。 通常在線性電源中使用低頻（通常在線性電源中使用低頻（50-60hz50-60hz）隔離變壓器（工）隔離變壓器（工頻變壓器），頻變壓器），而高頻而高頻開(kāi)關(guān)電源直接從交流輸入獲得能量，開(kāi)關(guān)電源直接從交流輸入獲得能量，沒(méi)有使用工頻變壓器，所以稱高頻開(kāi)關(guān)電源為離線式開(kāi)關(guān)沒(méi)有使用工頻變壓器，所以稱高頻開(kāi)關(guān)電源為離線式開(kāi)關(guān)電源。電源。 比如：比如：pcpc電源，輸入電源，輸入220v220v經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)emi

4、emi濾波器，再經(jīng)過(guò)橋式濾波器，再經(jīng)過(guò)橋式整流整流+ +電容儲(chǔ)能，給電容儲(chǔ)能，給dc-dcdc-dc變換器提供直流電壓。變換器提供直流電壓。 2021-10-224 輸入交流電壓的類型主要有以下幾種：輸入交流電壓的類型主要有以下幾種： （1 1） 117v/60hz(117v/60hz(美國(guó)）美國(guó)） （2 2）240v/50hz240v/50hz（歐洲）（歐洲） （3 3） 220/50hz(220/50hz(中國(guó)）中國(guó)） （4 4）100v/60hz (100v/60hz (日本）日本） 通用電源必須能夠在通用電源必須能夠在90270v90270v范圍內(nèi)工作。如：范圍內(nèi)工作。如：pcpc電電

5、源和筆記本的適配器上都標(biāo)有輸入電壓的范圍和頻率。源和筆記本的適配器上都標(biāo)有輸入電壓的范圍和頻率。2021-10-225 （1 1） 220v220v輸入全波橋式整流電容濾波電路如下圖：輸入全波橋式整流電容濾波電路如下圖： dc-dcdc-dc變換變換器（隔離降壓器（隔離降壓式變換器）式變換器） 輸出電壓波形如右圖輸出電壓波形如右圖 2021-10-226 如輸入電壓在如輸入電壓在117v117v15%時(shí)時(shí)，經(jīng)過(guò)整流濾波之，經(jīng)過(guò)整流濾波之后如何得到后如何得到300v300v20%的直流電壓？的直流電壓？ 因?yàn)橹绷髯儞Q器是根據(jù)正常輸入直流電壓為因?yàn)橹绷髯儞Q器是根據(jù)正常輸入直流電壓為300v300v

6、設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)的。 （2 2） 117v117v輸入全波整流倍壓電容濾波電路如下圖：輸入全波整流倍壓電容濾波電路如下圖： 2021-10-227 全波倍壓整流濾全波倍壓整流濾波電路圖及兩種整流波電路圖及兩種整流方法的輸出波形：方法的輸出波形： 電阻的作用是使電阻的作用是使電壓在兩個(gè)電容上平電壓在兩個(gè)電容上平均分配。均分配。 全波倍壓整流濾波全波倍壓整流濾波電路也可以應(yīng)用到輔助電路也可以應(yīng)用到輔助電源電源vccvcc中。中。如下電路如下電路2021-10-228 （3 3） 輸入儲(chǔ)能電容特性輸入儲(chǔ)能電容特性 輸入儲(chǔ)能電容就是指整流橋輸出的濾波電容。輸入儲(chǔ)能電容就是指整流橋輸出的濾波電容。 鋁電解電

7、容是唯一能夠提供足夠高的耐壓值和電容值鋁電解電容是唯一能夠提供足夠高的耐壓值和電容值的元件。耐壓值為的元件。耐壓值為400400450v450v的電容對(duì)于的電容對(duì)于240v240v的工作場(chǎng)合的工作場(chǎng)合已經(jīng)足夠。對(duì)于母線電壓為已經(jīng)足夠。對(duì)于母線電壓為117v117v的倍壓器，兩個(gè)耐壓值為的倍壓器，兩個(gè)耐壓值為200200250v250v的電容比較適合。為保證足夠的裕量，選擇耐的電容比較適合。為保證足夠的裕量，選擇耐壓值為壓值為300v300v或者更高的電容比較適合?；蛘吒叩碾娙荼容^適合。 電容上有電容上有esresr等效串聯(lián)電阻，電容進(jìn)行充電和放電等效串聯(lián)電阻，電容進(jìn)行充電和放電時(shí)，等效串聯(lián)電

8、阻引起功率損耗，將會(huì)導(dǎo)致電容升溫。如時(shí)，等效串聯(lián)電阻引起功率損耗，將會(huì)導(dǎo)致電容升溫。如果長(zhǎng)時(shí)間工作，超過(guò)它的最高工作溫度，電容就會(huì)損壞。果長(zhǎng)時(shí)間工作，超過(guò)它的最高工作溫度，電容就會(huì)損壞。電容的電容的“屁股屁股”往上翹，表明已經(jīng)損壞。往上翹，表明已經(jīng)損壞。2021-10-2292.2.射頻干擾抑制射頻干擾抑制-emi-emi濾波器和安規(guī)事項(xiàng)濾波器和安規(guī)事項(xiàng) 產(chǎn)生干擾信號(hào)的原因產(chǎn)生干擾信號(hào)的原因：開(kāi)關(guān)電源在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生：開(kāi)關(guān)電源在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多噪聲及諧波，比如整流橋很多噪聲及諧波，比如整流橋+ +大電容濾波儲(chǔ)能時(shí)，輸入大電容濾波儲(chǔ)能時(shí)，輸入電流是很窄的矩形脈沖，這種波形的諧波含量非常大；

9、另電流是很窄的矩形脈沖，這種波形的諧波含量非常大；另外，外，pcbpcb以及隔離變壓器的匝間電容或者寄生的電感等引以及隔離變壓器的匝間電容或者寄生的電感等引起的干擾信號(hào)。起的干擾信號(hào)。 抑制干擾信號(hào)抑制干擾信號(hào)：采用：采用emiemi濾波器來(lái)抑制干擾信號(hào)，使濾波器來(lái)抑制干擾信號(hào)，使設(shè)備正常工作，使諧波含量滿足歐洲的設(shè)備正常工作，使諧波含量滿足歐洲的en61000-3-2en61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。常用的常用的emiemi濾波器結(jié)構(gòu)如下圖：濾波器結(jié)構(gòu)如下圖：2021-10-2210 emi emi濾波電路濾波電路 c1 c1、c2c2、c3c3通常是通常是x2x2電容，濾除差模信號(hào)；電容，

10、濾除差模信號(hào)； c4c4和和c5c5通常通常是是y2y2電容，濾除共模信號(hào)；電容，濾除共模信號(hào)；l1l1和和l2l2是差模電感；是差模電感；l3l3是共模是共模電感。電感。2021-10-2211lconcerns harmonic current emission limits for equipment having an input current 16a per phaselequipment is divided up in 4 classes:a: balanced three-phase equipment and that not included in the other c

11、lassesb: portable equipmentc: lighting equipmentd: equipment with special input current waveshape and input active power 600w.lno limitation is imposed on equipment with input active power 75w.en61000-3-2 regulation en61000-3-2en61000-3-2諧波標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率大于諧波標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率大于75w75w的設(shè)備的設(shè)備分成四個(gè)等級(jí)，來(lái)設(shè)定諧波的標(biāo)準(zhǔn)。分成四個(gè)等級(jí)，來(lái)設(shè)定諧波

12、的標(biāo)準(zhǔn)。en61000-3-2limits for class a, b & c equipmentharmonic order“n”max. harmonic currenta32.3051.1470.7790.40110.33130.2115n390.15 15 / n21.0840.4360.308n400.23 8 / nodd harmonicseven harmonicsclass aclass cmax. harmonic current(% of fundamental)330 pf510779511n39322harmonic ordernclass b33.4551.717

13、1.1690.60110.50130.3215n390.23 15 / n21.6240.6560.458n400.35 8 / nharmonic order “n”max. harmonic currentaodd harmonicseven harmonicsen61000-3-2limits for class d equipmentp/3p/3p/3p/2p000.351iipkclass dharmonic ordernmax. harmonic currentper watt (ma/w)51.971.090.5110.3513n39(odd harm. only)3.85 /

14、n 33.4max. harmonic currenta1.140.770.400.33see class a 2.302021-10-22143.3. 功率因數(shù)校正功率因數(shù)校正-為什么要用功率因數(shù)校正及其方法為什么要用功率因數(shù)校正及其方法 從從220v220v交流電網(wǎng)經(jīng)整流供給直流是電力電子及電子儀交流電網(wǎng)經(jīng)整流供給直流是電力電子及電子儀器中應(yīng)用極為廣泛的一種基本變流方案。例如離線式開(kāi)關(guān)器中應(yīng)用極為廣泛的一種基本變流方案。例如離線式開(kāi)關(guān)電源的輸入端，電源的輸入端，acac電源經(jīng)全波整流后，一般接一個(gè)大電容，電源經(jīng)全波整流后，一般接一個(gè)大電容，如圖下圖所示：如圖下圖所示： 2021-10-22

15、15 輸入電流和電壓波形如下圖所示，輸入交流電壓輸入電流和電壓波形如下圖所示，輸入交流電壓vi是正弦的，但是交流電流是正弦的，但是交流電流ii波形卻嚴(yán)重畸變，呈脈波形卻嚴(yán)重畸變，呈脈沖狀。沖狀。 由此可見(jiàn)，大量應(yīng)用由此可見(jiàn)，大量應(yīng)用整流電路，要求電網(wǎng)供給整流電路，要求電網(wǎng)供給嚴(yán)重畸變的非正弦電流，嚴(yán)重畸變的非正弦電流，造成嚴(yán)重的后果，諧波電造成嚴(yán)重的后果，諧波電流對(duì)電網(wǎng)有危害作用，并流對(duì)電網(wǎng)有危害作用，并且輸入端功率因數(shù)下降。且輸入端功率因數(shù)下降。2021-10-2216諧波電流對(duì)電網(wǎng)的危害諧波電流對(duì)電網(wǎng)的危害 脈沖狀的輸入電流，含脈沖狀的輸入電流，含有大量諧波。右圖給出了輸有大量諧波。右圖給

16、出了輸入電流波形及電流諧波頻譜入電流波形及電流諧波頻譜分析，其中電流的三次諧波分析，其中電流的三次諧波分量達(dá)分量達(dá)77.5%，五次諧波分，五次諧波分量達(dá)量達(dá)50.3%，總的諧波總的諧波分量（或稱總諧波畸變分量（或稱總諧波畸變total harmonic distortion，用，用thd表示）為表示）為95.6%，輸入，輸入端功率因數(shù)僅有端功率因數(shù)僅有0.683，非常，非常的低。的低。輸入電流波形及其諧波分量頻譜分析輸入電流波形及其諧波分量頻譜分析2021-10-2217 歐盟已經(jīng)通過(guò)歐盟已經(jīng)通過(guò)iec555、en61000-3-2等標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)等標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上限制了各類電源系統(tǒng)的諧波含

17、量。綜上所述，功準(zhǔn)實(shí)際上限制了各類電源系統(tǒng)的諧波含量。綜上所述，功率因數(shù)校正則是滿足這些要求的手段。率因數(shù)校正則是滿足這些要求的手段。 功率因數(shù)校正：采用適當(dāng)?shù)碾娐?，減小輸入電流的諧波功率因數(shù)校正：采用適當(dāng)?shù)碾娐罚瑴p小輸入電流的諧波含量，使輸入電流接近于正弦波；提高輸入端的功率因數(shù)含量，使輸入電流接近于正弦波；提高輸入端的功率因數(shù) 提高提高ac-dcac-dc電路輸入端功率因數(shù)和減小輸入電流諧波的電路輸入端功率因數(shù)和減小輸入電流諧波的主要方法有以下兩種：主要方法有以下兩種：2021-10-2218 1. 1. 無(wú)源功率因數(shù)校正無(wú)源功率因數(shù)校正 在整流器和電容之間串聯(lián)一個(gè)濾波電感（如課本圖在整流

18、器和電容之間串聯(lián)一個(gè)濾波電感（如課本圖3-6），或者交流側(cè)接入諧振濾波器。），或者交流側(cè)接入諧振濾波器。lc諧振整流濾波電諧振整流濾波電路如下圖所示：路如下圖所示： 主要優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、成本低、主要優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高可靠性高 。 主要缺點(diǎn)：尺寸、重量大，主要缺點(diǎn)：尺寸、重量大，難以得到高的功率因數(shù)工作性難以得到高的功率因數(shù)工作性能與頻率、負(fù)載變化及輸入電能與頻率、負(fù)載變化及輸入電壓變化有關(guān)，電感和電容之間壓變化有關(guān)，電感和電容之間有較大的充放電電流等。有較大的充放電電流等。2021-10-2219 2. 2. 有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校正 在整流器和負(fù)載之間接入一個(gè)在整流器和負(fù)載之間

19、接入一個(gè)dc-dc變換器，應(yīng)用電流反變換器，應(yīng)用電流反饋技術(shù)，使輸入端電流饋技術(shù)，使輸入端電流i波形跟蹤交流輸入正弦電壓波形，可以使波形跟蹤交流輸入正弦電壓波形，可以使i接近正弦。從而使輸入端接近正弦。從而使輸入端thd小于小于5%，而功率因數(shù)可提高到，而功率因數(shù)可提高到0.99或更高。由于這個(gè)方案中，應(yīng)用了有源器件，故稱為有源功率因數(shù)或更高。由于這個(gè)方案中，應(yīng)用了有源器件，故稱為有源功率因數(shù)校正（校正（active-power-factor correction），簡(jiǎn)稱），簡(jiǎn)稱apfc。 優(yōu)點(diǎn)：較高的功率優(yōu)點(diǎn)：較高的功率因數(shù)，如因數(shù)，如0.970.99，甚至，甚至接近接近1；thd?。豢稍谳^?。豢稍谳^寬的輸入電壓范圍（如寬的輸入電壓范圍（如90264vac）和寬頻帶下）和寬頻帶下工作；體積小、重量輕，工作；體積小、重量輕，輸出電壓保持恒定。輸出電壓保持恒定。 缺點(diǎn)：電路復(fù)雜；缺點(diǎn)：電路復(fù)雜；mtbf下降，成本高。下降，成本高。2021-10-2220 帶有源功率因數(shù)校正的電源系統(tǒng)輸入電流電壓的波帶有源功率因數(shù)校正的電源系統(tǒng)輸入電流電壓的波形如下左圖，相應(yīng)的諧波含量的成分如下右圖：形如下左圖，相應(yīng)的諧波含