电子产品检修技术-电源应用知识

电源应用知识学习目标了解几种常见的电子产品电源的类别、原理及相互之间的区别，并掌握其应用场合，学会分析相关电源应用电路。学习重点电子产品电源的工作原理及特点。问题思考（1）电子产品电源有哪几种常见的类型？（2）与串联型稳压电源相比，开关稳压电源有何特点？（3）直流充电电源有哪些注意事项？学习项目学习内容1.1交流电源1.2直流稳压电源1.3开关稳压电源1.4直流充电电源1.1交流电源按能源的基本形态分类，能源可分为一次能源和二次能源。一次能源，即天然能源，指在自然界存在的能源，如煤炭、石油、天然气、水能等

。二次能源是指由一次能源加工转换而成的能源产品，如电力、煤气、蒸汽及各种石油制品等。交流电源:指电流大小和方向随时间作周期性变化的电源。三相交流电在发电、输配电以及电能转换成机械能等方面都有明显的优越性，所以获得了广泛的应用。三相电中的一根火线和零线之间就构成了单相交流电。一、电源作用及定义问题1电子产品离不开电能驱动，电能由谁提供？电源作用：向负载提供电能。PC机对电源有何要求？电压、功率问题2什么叫电源？电子产品将电能转化为我们所需要的功能，如空调消耗电能后将房间温度保持合适的范围。电能来自电源，什么叫电源呢？电池电源直流电源直流和交流电源单相交流电源三相交流电源带中性线三相交流电源二、电子产品的电源类型根据电源性质不同，可将电源分为交流电源和直流电源两大类。交流电源:指电流大小和方向随时间作周期性变化的电源。发明者是特斯拉。常用的有50Hz、220V单相交流市电，50Hz、380V三相交流电等。直流电源：指电流方向始终不变的电源。发明者是爱迪生。常用的有蓄（干）电池，将交流市电转换为电子设备所需要的直流稳压电源等。1．电压波形为正弦波交流电频率规定为50Hz，波形为正弦曲线（角频率为ω、初相位为φ，额定电压U为220V。2.电压有效值和峰值关系有效值也叫均方根值，正弦交流电有效值是峰值的0.707倍。例如，城市生活用电220V是有效值（万用电表交流电压档所测值），而其峰值约为311V。问题1单相交流电源有何特点？（1）有功功率有功功率是指正弦交流电在一个周期内的平均功率，可用下式计算

式中，U为电压有效值，I为电流有效值，cosφ为功率因数。有功功率的单位是瓦（W）。3.有功功率、无功功率和视在功率有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。问题2如何计算交流电的有功功率？（2）无功功率无功功率是正弦交流电在一个周期内的平均功率，可用下式计算

式中，U为电压有效值，I为电流有效值，φ为初相位。无功功率的单位是乏（Var）。无功功率是用来建立和维持电磁场的电功率，由于它对外不做功，所以称为无功功率，但绝不是无用功率。对于感性或容性的用电设备，必须提供无功功率。如电风扇，除了提供有功功率外，还需提供建立旋转磁场所需的无功功率。问题3如何计算交流电的无功功率？（3）视在功率视在功率是正弦交流电在一个周期内的平均功率，可用下式计算

式中，U为电压有效值，I为电流有效值，P为有功功率，Q为无功功率。视在功率的单位是伏安（VA）。视在功率是为了确保网络能正常工作，外电路需要传给网络的总电功率。对于纯阻性网络，视在功率等于有功功率；对于非纯电阻网络，视在功率大于有功功率。问题4如何计算交流电的视在功率？三、使用前准备●确定电源电压与负载额定电压相一致●确定电源提供的功率不低于负载额定功率●确定电源插座与负载电源插头相匹配123负载功率过大四、负载与电源连接●单相两线式：火线L、零线N●单相三线式：火线L、零线N、地线PE12五、变压器升降压问题5负载电压与电源电压不同时怎么办？

发电厂10.5kV输电线220kV升压仪器12V降压电源220VP入＝P出●变压器输出电压与匝数成正比●选择合适变压器使输出电压等于负载电压、输入电压等于电源电压●变压器功率大于负载额定功率六、隔离变压器问题6当负载对安全、抗干扰要求较高时怎么办？隔离变压器可以是1：1变比或者其它变比的专用变压器。它属于安全电源，一般用来机器维修、保养或者提高抗干扰时使用，起保护、防雷、滤波等作用。隔离变压器工作原理和普通变压器相同，但内部结构不同；它的原、副绕组之间加置了静电屏蔽层，以获得高的抗干扰性。负载220V38:22电源380V负载220V1:1电源220V七、电容降压电源除变压器降压外，还可使用电感或电容来降压，且它们的损耗都比电阻降压小很多。电感降压适用于电流较大的场合，如降压起动，电感式风扇调速；电容降压适用于电流较小的场合，它的输出电压通常可在几伏到几十伏，如小型充电器。在电容降压电路中，容抗Xc=1/(2πƒC1）=4683Ω，通过R2电流=Iz+U2/R3=10+6.757/0.2=43.785mA；电容C1的电压降为4683×0.043785=205V与C1并联电阻R1为电容C1提供释放剩余电量通道，起保护电容作用。八、电容降压的注意事项注意以下几点：1.根据负载电流大小来选取适当的电容，而不是依据负载电压来选择电容。2.必须采用无极性电容，而且电容耐压在400V以上,最好是铁壳油浸电容。3.电容降压电源不适合变化负载、容性负载及感性负载。电容降压电源，通常用于低成本非隔离的小电流电源，所能提供的电流大小正比于电容容量。九、三相交流电源问题7单相电源和三相电源有何关系？三相发电是交流发电效率最高、输电最经济的方式，因而得到广泛应用。三相交流电源，是由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120°的单相交流电势组成的电源。三相电有3根火线和1根零线；任一根火线和零线就构成单相电。火线之间的电压为380V，任一火线和零线之间电压为220V。

1.三相电的电压波形是相位差为120°的3个正弦波三相交流电的特点正弦波的最大值是有效值的√2倍发电机内部三个绕组按空间相差120°均匀分布，这样，发电时就可产生初相位相差120°的三个单相交流电。由于各绕组中流过电流存在一个时间差，这样就不需要六条导线来输电，只要将三个绕组按“∆”联接就用三条导线来输电，将三个绕组按“Y”联接就用四条导线来供电。2.三相发电只需要三根输电线、四根供电线三相交流电的特点发电厂发电机的输出电压为:10MW以下一般6kV左右,50-100MW10.5kV,300MW18kV。为降低线路损耗，必须升高电压，使用时必须降至合适的电压。3.三相交流电的发电、输电到供电的过程4.电力变压器将10kV高压（3线）转化为380V/220V电压（4线）5.电力变压器的次级绕组有星形、三角形两种连接与供电方式（1）星形连接：可用于三相负载和单相负载；（2）三角形连接只适用三相对称负载。

6.星形联接三相四线制供电线路总的有功功率等于每相电的有功功率之和，三相对称负载的总的有功功率为：

7.三角形联接三相三线制供电线路总的有功功率等于每相电的有功功率之和，三相对称负载的总的有功功率为：8.金属外壳保护接地将电气设备的外壳与大地相连保持零电位，这种接地方式称为保护接地。保护接地装置的接地电阻应不大于4Ω，接地体可以是埋入地下2.5m及以下的钢管或角钢。9.安装漏电保护器当发生漏电（触点）事故时，及时切断电源，保护人身财产安全。选择三相四线漏电断路器（漏电保护器）时：其额定电压、额定电流、短路分断能力、额定漏电电流、分断时间应满足被保护供电线路和电气设备的要求。10.安装自动重合闸用电保护器具有短路、漏电、过压、欠压、过载保护功能，故障消除后能自动重合闸（重合次数可设置）。瞬时性故障多数由雷电闪络、大风引起的碰线、鸟害和树枝等引起，等这些故障自行消除后，就能恢复供电，从而减少停电时间。11.安装防雷保护器SPD三相TN-S电源防雷保护器（SPD）CZLB-160/440/4P，标称放电电流80kA/相。29组成框图滤波整流稳压变压交流电源负载OtuOtuOtuOtuOtu220V单向脉动电压合适的交流电压滤波稳压1.2直流稳压电源30一、整流电路半波整流

to

2

3

u2

to

2

3

uOＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–31桥式整流电路简化画法+uo

RLio~+u2

整流桥把四只二极管封装在一起称为整流桥~~32二、滤波电路电容滤波V导通时给C充电,V截止时C向RL放电

滤波后uo

的波形变得平缓,平均值提高。电容充电电容放电RLV1V4V3V2ioC~

+

uo=uc

+u

通常取

UO=1.2U2RC越大UO越大为获得良好滤波效果,一般取:33常见滤波电路最简单的稳压电路是利用稳压二极管在反向击穿情况下的稳压特性，将负载并联在稳压管两端，只要保证稳压管处于反向击穿稳压状态又不损坏，在负载两端就能够得到稳定的直流电压。（一）稳压管稳压电路三、稳压电路uR稳压过程：基本不变UO↓→IZ↓→IR↓→UR↓→UO↑。izuz0UZIZIZM当IL=ILM，U’o=U’omin时稳压管中流过的电流最小，但要求大于IZ即：

当IL=ILm，U’o=U’omax时稳压管中流过的电流最大，但要求小于

IZM，即因此，限流电阻的取值范围为：（一）稳压管稳压电路（二）串联型稳压电路串联式稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。UI+_+_UOUZFUORL调整元件取样电路比较放大基准电压+UV-+_+_（整流输出）一种实际的串联型稳压电源稳压原理：U0UB2UBE2=（UB2-UZ）U0当UI增加或输出电流减小使U0升高时UC2UB1=UC2R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2UC2=UB1（二）串联型稳压电路（三）集成稳压器CW7800系列(正电源)CW7900系列(负电源)5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V1）三端可调输出集成稳压器输出电流78M××/79M××—输出电流500mA78××/79××—输出电流1.5A输出电压CW7805123UIUOGNDCW7905123UIUOGND塑料封装金属封装312基本应用电路Uo=12VW7812123C2++UiC1C30.33

F0.1

F100

FRL防止输入端短路时C3反向放电损坏稳压器抵消输入长接线的电感效应，防止自激改善负载的瞬态响应,消除高频噪声78系列应用电路2）三端可调输出集成稳压器CW117/217/317系列（正电源）CW137/237/337系列（负电源）工作温度CW117(137)—

-55150CCW217(237)—

-25150CCW317(337)—

0

125C基准电压1.25V输出电流L型—输出电流100mAM型—输出电流500mACW117123UIUOADJCW137123UIUOADJCW117应用电路基本应用电路Uo

CW317123C2++UiC1C30.1

F10

F33

FR1R2C4IOIQIIREF0.1

FV1V2V2防止输出端短路时C2通过调整端放电损坏稳压器UREF=1.25V使UREF很稳定R1=

UREF/

IQ=125

静态电流IQ(约10mA)从输出端流出,RL开路时流过R1R2=

02.2k

时，IREF

50

AUO=

1.2524V近年来开关电源逐渐在各电子领域得到应用，实践证明它比线性电源有更多的优越性。1.3开关稳压电源节约能源开关电源的调整晶体管工作在开关状态，因此开关晶体管的功率损耗很小，效率可以大大提高，其效率通常在70%---95%之间。节省原材料开关电源常采用电网交流电直接整流，淘汰了体积较大的工频变压器，因而节省了大量的钢材和铜材。同时也减小了体积和重量。稳压范围宽开关电源根据应用要求，可以做到在输入85---265V范围内输出电压稳定，且始终保持电路的高效率。可靠安全在开关电源电路中，根据要求可以加入各种保护电路，如：过流、过压、短路等保护，使电路运行特别可靠。滤波容量小由于开关电源的频率高，滤波器的容量可以大大减小。一、开关电源的组成

当市电进入电源后，先经过扼流线圈和电容滤波去除高频杂波和干扰信号，然后经过整流和滤波得到高压直流电。接着通过开关电路把直流电转为高频脉动直流电，再送高频开关变压器降压。然后滤除高频交流部分，这样最后输出供设备使用相对纯净的低压直流电。二、开关电源的工作原理如果电网电压不稳使输出直流电压Uo增大，经光电耦合器隔离，误差放大器A的同向输入端电压减小，其输出电压减小。该电压（Uc+）与角波(Uc-)比较结果，会使其输出电压（UG）的占空比减小，从而使VMOS导通时间减少，截止时间增加。经二次整流后取出方波的平均值（Uo）将随之减小,这就是开关电源的稳压原理。三、

串联型开关电源的工作原理（1）首次上电，由启动电路使V管导通。（2）正反馈电路（L2、R、C1）使V管由导通进入饱和。（3）正反馈电路中，随着C1充电使V管由饱和变为截止。（4）行逆程脉冲触发V管由截止变为导通。（5）过压保护。四、并联型开关电源的工作原理（1）首次上电，300V电压经启动电路使V管微导通（2）正反馈电路使V管由微导通进入饱和导通。（3）V管导通时间的控制。（4）V管由截止变为导通的控制。（5）L1储能向负载供电。五、集成开关稳压器CW4960/CW4962是将调整管集成在芯片内部的串联型集成开关稳压器，只需少量外围元件就能构成稳压电路。CW4960额定输出电流为2.5A，过流保护电流为3～4.5A，它采用单列7脚封装形式，如图(a)所示。CW4962额定输出电流为1.5A，过流保护电流2.5～3.5A，它采用双列直插式16脚封装，如图(b)所示。CW4960/CW4962典型应用电路如图所示，其最大输入电压为50V，输出电压范围为5.1～40V连续可调，变换效率为90%，额定输出电流由芯片决定。输入端所接电容C1可以减小输出电压的纹波，R1、R2为取样电阻，输出电压为：

一、常用充电电池电池是一种化学电源，通常分为一次电池和二次电池。一次电池是一次性应用的电池，二次电池是可多次反复使用的电池，即可充电电池和蓄电池。目前经常使用的充电电池有：铅酸电池(LA)、镉镍电池(NiCd)、镍氢电池(NiMH)和锂离子电池(Li-ion)等。小型充电器主要指的是对镉镍电池(NiCd)、镍氢电池(NiMH)、锂离子电池(Li-ion)三种类型电池充电。1.4直流充电电源蓄电池是一种可逆的低压电源，能将化学能转换成电能，也能将电能转化成化学能。二、蓄电池充电方法充电电池充电的常用方法，分有常规和快速两种常见的方式。1）常规充电--恒流充电在充电过程中，充电电流恒定不变（通过调整电压，保证电流不变）。

恒流充电的优点为：充电电流可任意选择，有益于延长蓄电池寿命，可用于初充电和去硫化充电。

恒流充电的缺点是充电时间长，且需要经常调整充电电流。2）常规充电—阶段充电两阶段充电法，在第一阶段用较大电流