想来和电源打交道也有好几年了,之前做的研发,随后做FAE一直到现在,这里不谈职业,我们只谈电源和一些工作中的见闻;写一些电源的基础知识,给初学者和相关从业者一些帮助;有不对之处,希望大家不吝纠正,因为FAE有时也吹吹牛,放烟雾弹。
先从什么是电源聊起吧。
(一)什么是电源
回答这个问题先要知道电是如何产生的,从哪里来,怎么传过来。就如下图,很简单,很多人都懂的火力发电站。这些电站都建在城市很远的地方。
1. 1. 燃烧炉耗尽,产生大量的热,将水加热成水蒸气,向右依靠水蒸气的压力推动涡轮旋转,同时冷凝的水蒸气变成水回流继续被加热,促成一个循环。
2. 2. 接着发电机,带动发电机的动子旋转,根据电磁感应原理得到电压输出。通常三相交流电,三个定子切割磁力线,产生三相电。
3. 3. 电力变压器升压后进行电力传输。
所有发电站工作原理都基本一样,水电站直接靠水流转动涡轮,风力就更直接靠风吹动涡轮扇叶;通俗的说,装机容量大的就很多涡轮,然后并网连接。
下图的电网传输可以看到发电站的电是如何一步步传输到生活中的。
发电站的一次升压还不足以进行远程电力传输,变电站会将电压升高至百千伏后通过电塔架线传输,我国已经是高压电工程的领导者。为什么要超高压传输,想必大家都很清楚电能损失P=I*I*R,唯有降低输电电流才可显著降低电能损失。当然电阻的大小也是一方面要考虑的,经济性和实用性决定了不可能用金银来做导线嘛。在靠近城市的郊区在通过变电站降压至家庭或工业用电幅值。
那么问题来了,究竟什么是电源?
通常是指電力的來源。可以是供應電力的系統或裝置,或是其它能夠對負載提供能量輸出的電源。
我们所要聊的开关电源,只是电源的一种,电源还可以是发电设备,太阳能,电池等等。
以下来自维基百科的解释:
开关电源(英文:Switching Power Supply),又稱交換式電源、开关变换器,是一种高频化电能转换装置,是電源供應器的一種。其功能是将一個位準的電壓,透過不同形式的架構轉換為用戶端所需求的電壓或電流。开关电源的輸入多半是交流電源(例如市電)或是直流電源,而輸出多半是需要直流電源的設備,例如个人电脑,而开关电源就進行兩者之間電壓及電流的轉換。
可以说,开关电源无处不在,小到几瓦的手机充电器,大到千瓦级的光刻机电源机组。
另外我们通常说的开关电源只是AC/DC和DC/DC转换器,如果是AC/AC,可以是变频器也可以是射频器;如果是DC/AC,则是逆变器。
我们谈的AC/DC通过这么多年的发展,已经逐渐从线性电源转移到开关型电源,论坛里有很多比较的帖子,我们稍微带过。现在已经很少有电源公司还做线性电源了,至少偶公司已经没有了,以前在西门子的SMT设备上看到TDK的线性电源,>100KG重死了,当时任务就是开发一个同样功率的开关电源去取代它。
电源能变小,终究是因为高频元件的诞生,高频电路的应用。根据法拉第定理,保持等式成立其他条件不变,频率变高几百倍以后,变压器体积随之而变小。
一个简单的线性电源结构如下:
简单的说就是一个变压器先把220vac降低到合适的大小然后用二极管整流成馒头波,后接滤波电容再用晶体管进行稳压输出。线性电源只能做降压输出。
一个简单的开关电源结构如下:
220vac交流电先经过电磁滤波器,然后整流桥,后进入变压器和开关元件组成的开关电路,在变压器次级输出矩形波;经过整流和滤波得到稳定输出电压。开关元件的工作则由电源IC的电路系统操控。
开关电源有着许多拓扑结构,根据功率大小,性价比或者应用场合来决定研发时的拓扑选择,这里不一一介绍(楼主其实也只搞过几种结构,这部分不敢班门弄斧)
作为一个电源产品的FAE,每个拓扑的基本原理大致都要了解,做过研发就更好了。
这里附上TI的拓扑图,感觉还是蛮有用的,以前打印了一直贴在办公桌上。
官方: www.ti.com/lit/sg/sluw001f/sluw001f.pdf
今天先写到这,慢慢的接着写。