1、2021-10-22 做實驗不是簡簡單單的加輸入，有輸出就算成功了。做實驗不是簡簡單單的加輸入，有輸出就算成功了。這樣的話，學不到真正的知識。這樣的話，學不到真正的知識。 遇到問題，要分析問題的原因，尋找到原因，才能找遇到問題，要分析問題的原因，尋找到原因，才能找到解決的辦法。這樣才能學到真正的知識，對實踐的到解決的辦法。這樣才能學到真正的知識，對實踐的能力有很大提高，對電路的工作原理理解很深入。能力有很大提高，對電路的工作原理理解很深入。 學會分析電路的方法，學會排除故障的能力，這種能學會分析電路的方法，學會排除故障的能力，這種能力在社會工作上才能應用上。力在社會工作上才能應用上。 下個星期

2、二的課下個星期二的課 調到調到1818周星期周星期1 3/41 3/4節。節。 2021-10-222 第第4 4部分部分 電源輸入級電源輸入級1.1.離線運行：兩種整流濾波方式和輸入儲能電容特性離線運行：兩種整流濾波方式和輸入儲能電容特性 2.2.射頻干擾抑制射頻干擾抑制-emi-emi濾波器和安規事項濾波器和安規事項 3.3. 功率因數校正功率因數校正-為什么要用功率因數校正及其方法為什么要用功率因數校正及其方法 4.4. 浪涌電流浪涌電流-產生及其抑制的方法產生及其抑制的方法 5.5. 保持時間保持時間-定義及其增加保持時間的方法定義及其增加保持時間的方法 2021-10-2231.1.

3、離線運行離線運行 -兩種整流濾波方式和輸入儲能電容特性兩種整流濾波方式和輸入儲能電容特性 高頻開關電源大致分為離線式開關電源和高頻開關電源大致分為離線式開關電源和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），而高頻而高頻開關電源直接從交流輸入獲得能量，開關電源直接從交流輸入獲得能量，沒有使用工頻變壓器，所以稱高頻開關電源為離線式開關沒有使用工頻變壓器，所以稱高頻開關電源為離線式開關電源。電源。 比如：比如：pcpc電源，輸入電源，輸入220v220v經過經過emi

4、emi濾波器，再經過橋式濾波器，再經過橋式整流整流+ +電容儲能，給電容儲能，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）美國） （2 2）240v/50hz240v/50hz（歐洲）（歐洲） （3 3） 220/50hz(220/50hz(中國）中國） （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范圍內工作。如：范圍內工作。如：pcpc電電

5、源和筆記本的適配器上都標有輸入電壓的范圍和頻率。源和筆記本的適配器上都標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%時時，經過整流濾波之，經過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？ 因為直流變換器是根據正常輸入直流電壓為因為直流變換器是根據正常輸入直流電壓為300v300v

6、設計的。設計的。 （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電容上平電壓在兩個電容上平均分配。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用到輔助電路也可以應用到輔助電源電源vccvcc中。中。如下電路如下電路2021-10-228 （3 3） 輸入儲能電容特性輸入儲能電容特性 輸入儲能電容就是指整流橋輸出的濾波電容。輸入儲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的電容對于的電容對于240v240v的工作場合的工作場合已經足夠。對于母線電壓為已經足夠。對于母線電壓為117v117v的倍壓器，兩個耐壓值為的倍壓器，兩個耐壓值為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。或者更高的電容比較適合。 電容上有電容上有esresr等效串聯電阻，電容進行充電和放電等效串聯電阻，電容進行充電和放電時，等效串聯電

8、阻引起功率損耗，將會導致電容升溫。如時，等效串聯電阻引起功率損耗，將會導致電容升溫。如果長時間工作，超過它的最高工作溫度，電容就會損壞。果長時間工作，超過它的最高工作溫度，電容就會損壞。電容的電容的“屁股屁股”往上翹，表明已經損壞。往上翹，表明已經損壞。2021-10-2292.2.射頻干擾抑制射頻干擾抑制-emi-emi濾波器和安規事項濾波器和安規事項 產生干擾信號的原因產生干擾信號的原因：開關電源在工作過程中會產生：開關電源在工作過程中會產生很多噪聲及諧波，比如整流橋很多噪聲及諧波，比如整流橋+ +大電容濾波儲能時，輸入大電容濾波儲能時，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。起的干擾信號。 抑制干擾信號抑制干擾信號：采用：采用emiemi濾波器來抑制干擾信號，使濾波器來抑制干擾信號，使設備正常工作，使諧波含量滿足歐洲的設備正常工作，使諧波含量滿足歐洲的en61000-3-2en61000-3-2標準。標準。常用的常用的emiemi濾波器結構如下圖：濾波器結構如下圖：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；電容，

10、濾除差模信號； c4c4和和c5c5通常通常是是y2y2電容，濾除共模信號；電容，濾除共模信號；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諧波標準，輸入功率大于諧波標準，輸入功率大于75w75w的設備的設備分成四個等級，來設定諧波的標準。分成四個等級，來設定諧波

12、的標準。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. 功率因數校正功率因數校正-為什么要用功率因數校正及其方法為什么要用功率因數校正及其方法 從從220v220v交流電網經整流供給直流是電力電子及電子儀交流電網經整流供給直流是電力電子及電子儀器中應用極為廣泛的一種基本變流方案。例如離線式開關器中應用極為廣泛的一種基本變流方案。例如離線式開關電源的輸入端，電源的輸入端，acac電源經全波整流后，一般接一個大電容，電源經全波整流后，一般接一個大電容，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波形卻嚴重畸變，呈脈波形卻嚴重畸變，呈脈沖狀。沖狀。 由此可見，大量應用由此可見，大量應用整流電路，要求電網供給整流電路，要求電網供給嚴重畸變的非正弦電流，嚴重畸變的非正弦電流，造成嚴重的后果，諧波電造成嚴重的后果，諧波電流對電網有危害作用，并流對電網有危害作用，并且輸入端功率因數下降。且輸入端功率因數下降。2021-10-2216諧波電流對電網的危害諧波電流對電網的危害 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分量達77.5%，五次諧波分，五次諧波分量達量達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，輸入端功率因數僅有端功率因數僅有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 歐盟已經通過歐盟已經通過iec555、en61000-3-2等標準。這些標等標準。這些標準實際上限制了各類電源系統的諧波含

17、量。綜上所述，功準實際上限制了各類電源系統的諧波含量。綜上所述，功率因數校正則是滿足這些要求的手段。率因數校正則是滿足這些要求的手段。 功率因數校正：采用適當的電路，減小輸入電流的諧波功率因數校正：采用適當的電路，減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含量，使輸入電流接近于正弦波；提高輸入端的功率因數 提高提高ac-dcac-dc電路輸入端功率因數和減小輸入電流諧波的電路輸入端功率因數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. 無源功率因數校正無源功率因數校正 在整流器和電容之間串聯一個濾波電感（如課本圖在整流

18、器和電容之間串聯一個濾波電感（如課本圖3-6），或者交流側接入諧振濾波器。），或者交流側接入諧振濾波器。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： 主要優點：簡單、成本低、主要優點：簡單、成本低、可靠性高可靠性高 。 主要缺點：尺寸、重量大，主要缺點：尺寸、重量大，難以得到高的功率因數工作性難以得到高的功率因數工作性能與頻率、負載變化及輸入電能與頻率、負載變化及輸入電壓變化有關，電感和電容之間壓變化有關，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. 有源功率因數校正有源功率因數校正 在整流器和負載之間接入一個在整流器和負載之間

19、接入一個dc-dc變換器，應用電流反變換器，應用電流反饋技術，使輸入端電流饋技術，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%，而功率因數可提高到，而功率因數可提高到0.99或更高。由于這個方案中，應用了有源器件，故稱為有源功率因數或更高。由于這個方案中，應用了有源器件，故稱為有源功率因數校正（校正（active-power-factor correction），簡稱），簡稱apfc。 優點：較高的功率優點：較高的功率因數，如因數，如0.970.99，甚至，甚至接近接近1；thd小；可在較小；可在較寬的輸入電壓范圍（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：電路復雜；缺點：電路復雜；mtbf下降，成本高。下降，成本高。2021-10-2220 帶有源功率因數校正的電源系統輸入電流電壓的波帶有源功率因數校正的電源系統輸入電流電壓的波形如下左圖，相應的諧波含量的成分如下右圖：形如下左圖，相應的諧波含