為各個分類之間會有交叉,所以特別是開關電源的分類,我們按照分類維度,去區分。
各種拓撲肯定可以歸類到其他的分類維度,進行歸類,但是由于其他分類維度也有交叉,所以單獨按照拓撲進行分類。
1、AC/DC與DC/DC
AC/DC是開關電源的其中一類。該類電源也稱一次電源——AC是交流,DC是直流,它,經過高壓整流濾波得到一個直流高壓,供DC/DC變換器在輸出端獲得一個或幾個穩定的直流電壓,功率從幾瓦-幾千瓦均有產品,用于不同場合。
AC/DC電源管理芯片變換是將交流變換為直流,其功率流向可以是雙向的,功率流由電源流向負載的稱為“整流”,功率流由負載返回電源的稱為“有源逆變”。
AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電,因必須經整流、濾波,因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的,同時因遇到安全標準(如UL、CCEE等)及EMC指令的限制(如IEC、、FCC、CSA),交流輸入側必須加EMC濾波及使用符合安全標準的元件,這樣就限制AC/DC電源體積的小型化。
DC/DC電源指直流轉換為直流的電源,從這個定義上看,廣義的DCDC表示只要是直流轉直流都叫DCDC,LDO(低壓差線性穩壓器)芯片也應該屬于DC/DC電源。但是約定俗成的定義是:一般只將直流變換到直流,且這種轉換方式是通過開關方式實現的電源稱為DC/DC電源。(第一張圖中,狹義的DC/DC)
(1)根據輸入直流電源的性質可分為
電壓型逆變電路
(VoltageSourceTypeIn-verter,VSTI)
電流型逆變電路
(CurrentSourceTypeInverter,CSTI)。DC-AC變換電路由直流電源提供能量,為了保證直流電源為恒壓源或恒流源,在直流電源的輸出端須配有儲能元件。若采用大電容作為儲能元件,能夠保證電壓的穩定;若采用大電感作為儲能元件,是為了保證電流的穩定。
(2)根據逆變電路結構的不同,可分為半橋式、全橋式和推挽式逆變電路。
(3)根據所用的電力電子器件的換流方式不同,可分為自關斷、強迫換流、交流電源電動勢換流和負載諧振換流逆變電路等。
(4)由于負載的控制要求,逆變電路的輸出電壓(電流)和頻率往往是變化的,根據電壓和頻率控制方法不同,可分為脈沖寬度調制(PWM)逆變電路,脈沖幅值調制(PAM)逆變電路,用階梯波調幅或用數臺逆變器通過變壓器實現串、并聯的移相調壓的方波或階梯波逆變器。
2、線性電源 與 開關電源
線性電源的調整管工作在放大狀態,因而發熱量大,效率低(與壓降多少有關),需要加體積龐大的散熱片。實現AC/DC時,還需要同樣也是大體積的工頻變壓器,當要制作多組電壓輸出時變壓器會更龐大。
開關電源的調整管工作在飽和和截止狀態,因而發熱量小,效率高。AC/DC電源省掉了大體積的變壓器。但開關電源輸出的直流上面會疊加較大的紋波(50mVat5Voutputtypical),在輸出端并接穩壓二極管可以改善,另外由于開關管工作時會產生很大的尖峰脈沖干擾,也需要在電路中串連磁珠加以改善。相對而言線性電源就沒有以上缺陷,它的紋波可以做的很?。?mV以下)。
開關電源通過不同的拓撲結構可以實現,降壓、升壓、升降壓。而線性電源只能實現降壓。
圖片來自于“硬十視頻課程”《電源是怎樣煉成的》(第二季)
記本電腦和臺式機最大的差異就是內置電池,無需外接電源就能獨立使用。因此,筆記本預裝的Windows 10系統內整合了更多電源選項,如果你想讓筆記本性能更強或續航更久,不妨先從這方面入手。
電源計劃狀態分類
最新版本的Windows 10系統,除了可以點擊任務欄右下角的電池圖標,通過拖拽進度條的形式,讓筆記本在最長續航和最佳性能之間調整,還能依次進入“設置→系統→電源和睡眠”,再點擊該界面右側的“其他電源設置”對電源狀態進行更高級的設置。
在這里,我們通??梢钥吹絻深愲娫从媱?。第一類是由筆記本廠商提供的電源選項,比如下圖中的“HP Optimized”;第二類則是Windows 10系統預設的電源選項,早期的系統版本包含高性能模式、平衡模式和節能模式,而我們新買的筆記本(或更新系統后)則僅剩下了一個“平衡模式”。
當然,我們也可以通過點擊左側“創建電源計劃”的選項,以現有的平衡模式或被系統隱藏的高性能和節能模式為藍本進行修改并重新為其命名。
一般來說,將筆記本設定在“平衡”即可,該模式的邏輯是當筆記本使用電池供電時系統會進入“節能”模式運行;使用外部電力時則自動切換到“高性能”模式,完全無需我們人工干預。如果你打算玩游戲,并希望筆記本可以釋放出100%的性能動力,還能依次進入“設置→游戲→游戲模式”,打開游戲模式前面的開關。
在游戲模式下,系統將阻止Windows更新執行驅動程序安裝和發送重啟通知等消耗系統資源的任務,同時幫助游戲實現更穩定的幀率。
按需微調電源計劃
點擊第二張圖右側的“更改電源計劃”選項,我們就能進入當前電源計劃的詳細設置界面。
在這里,我們可以修改使用電池或連接電源時,筆記本在沒有任何操作的情況下,關閉顯示器和進入睡眠狀態的等待時間。
在使用電池時,讓筆記本在無操作時盡快熄屏或進入睡眠狀態可以大幅延長續航時間,但缺點就是當你需要使用筆記本前需要重新喚醒系統,需要等待5秒到10秒鐘。
在連接電源時,我們無需考慮續航問題,這些設置的意義就變成了節能環保,而開啟睡眠到喚醒狀態需要重新輸入登錄密碼的選項(設置→賬戶→登錄選項),可以最大限度提升隱私安全,防止我們長期離開筆記本有人偷看系統里的數據。
點擊上一張圖中的“更改高級電源設置”,可以對影響性能和耗電的硬件和功能進行深入的調節。以“處理器電源狀態”為例,它能設定使用電池或連接電源時的“最小處理器狀態”(低負載下的最低主頻,5%剛剛好)、“系統散熱方式”(風扇運行模式,被動模式會關閉風扇或降低轉速,但處理器也會因散熱問題無法高頻運行)和“最大處理器狀態”(設定到99%處理器的自動超頻功能就會失效,按照百分比可以限定處理器默認的最高主頻)。
此外,在這里我們還能對USB接口、無線網卡、PCIE設備和顯卡等硬件進行電池和通電時的運行狀態。前文提到的高性能模式、平衡和節能模式,其實就是上述選項的不同設定組合加以實現的。
在電源選項中,我們還能自定義按下電源按鈕時、按下睡眠按鈕時以及關閉蓋子時觸發系統的功能,包括不采取任何操作、睡眠、休眠和關機。根據筆記本硬盤類型和自身習慣對其進行自定義,可以大幅提升操作體驗。
在此之前,我們需要了解睡眠和休眠的區別。
系統睡眠時CPU處于低能耗狀態,并同時切斷硬盤、顯卡、網卡等設備的供電,僅通過保留內存的供電來保存系統當前運行的程序和數據。如果睡眠過程中斷電(電池沒電)等同關機,所有未存儲的數據將會丟失。想從睡眠狀態喚醒,只需按下鍵盤上的任意按鍵或移動鼠標,耗時很短(5秒以內)。
系統休眠前,會將內存中的數據全部寫入硬盤,然后關閉主機內所有設備的供電,此時哪怕斷電也不會對未保存的數據造成任何影響。想要喚醒休眠狀態的筆記本,需要按下電源按鈕重新啟動電腦,系統會自動將硬盤中記錄的狀態數據重新寫入內存,即可恢復原工作狀態。從休眠到喚醒的等待時間取決于硬盤類型,如果是機械硬盤耗時可能需要30秒以上,如果是SSD固態硬盤則可縮短到5秒到10秒。
根據筆者自身的使用習慣,如果筆記本內置了SSD,我會將按下電源按鈕、睡眠按鈕和合上頂蓋都改為“休眠”,以確保筆記本始終保持隨時待命的狀態。
當然,大家需要根據自身情況加以“混搭”,比如為了防止誤碰電源按鈕而關機,將按下電源改為“不進行任何操作”,想關機時使用鼠標點擊系統任務欄的關機圖標即可。
么叫電源
電源是將其它形式的能轉換成電能的裝置。
電源自“磁生電”原理,由水力、風力、海潮、水壩水壓差、太陽能等可再生能源,及燒煤炭、油渣等產生電力。
常見的電源是干電池(直流電)與家用的110V-220V交流電源。
電源分類
(一)普通電源
普通電源可細分為:開關電源、逆變電源、交流穩壓電源、直流穩壓電源、DC/DC電源、通信電源、模塊電源、變頻電源、UPS電源、EPS應急電源、凈化電源、PC電源、整流電源、定制電源、加熱電源、焊接電源/電弧電源、電鍍電源、網絡電源、電力操作電源、適配器電源、線性電源、電源控制器/驅動器、功率電源、其他普通電源、逆變電源、參數電源、調壓電源、變壓器電源。
(二)特種電源
特種電源可細分為:岸電電源、安防電源、高壓電源、醫療電源、軍用電源、航空航天電源、激光電源、其他特種電源。
特種電源即特殊種類的電源。所謂特殊主要是由于衡量電源的技術指標要求不同于常用的電源,其主要是輸出電壓特別高,輸出電流特別大,或者對穩定度、動態響應及紋波要求特別高,或者要求電源輸出的電壓或電流是脈沖或其它一些要求。這就使得在設計及生產此類電源時有比普通電源有更特殊甚至更嚴格的要求。特種電源一般是為特殊負載或場合要求而設計的,它的應用十分廣泛。主要有:電鍍電解、陽極氧化、感應加熱、醫療設備、電力操作、電力試驗、環保除塵、空氣凈化、食品滅菌、激光紅外、光電顯示等。而在國防及軍事上,特種電源更有普通電源不可取代的用途,主要用于:雷達導航、高能物理、等離子體物理及核技術研究等。(感覺主要用于軍事上)
常見類型
電源交流穩壓電源
能夠提供一個穩定電壓和頻率的電源稱交流穩定電源。國內多數廠家所做的工作是交流電壓穩定。下面結合市場有的交流穩壓電源簡述其分類特點。
參數調整(諧振)型
這類穩壓電源,穩壓的基本原理是LC串聯諧振,早期出現的磁飽和型穩壓器就屬于這一類。它的優點是結構簡單,無眾多的元器件,可靠性相當高穩壓范圍相當寬,抗干擾和抗過載能力強。缺點是能耗大、噪聲大、笨重且造價高。
在磁飽和原理的基礎上的發育進形成的參數穩壓器和我國50年代已流行的“磁放大器調整型電子交流穩壓器”(即614型)均屬此類原理的交流穩壓器。
自耦(變比)調整型
1、機械調壓型,即以伺服電機帶動炭刷在自耦變壓器的的繞組滑動面上移動,改變Vo對Vi的比值,以實現輸出電壓的調整和穩定。該種穩壓器可以從幾百瓦到幾千瓦。它的特點是結構簡單,造價低,輸出波形失真?。坏捎谔克⒒瑒咏狱c易產生電火花,造成電刷損壞以至燒毀而失效;且電壓調整速度慢。
2、改變抽頭型,將自耦變壓器做成多個固定抽頭,通過繼電器或可控硅(固態繼電器)做為開關器10件,自動改變抽頭位置,從而實現輸出電壓的穩定。
該種型穩壓器優點是電路簡單,穩壓范圍寬(130V-280V),效率高(≥95%),價格低。而缺點是穩壓精度低(±8~10%)工作壽命短,它適用于家庭給空調器供電。
大功率補償型——凈化型穩壓器(含精密型穩壓器)
它用補償環節實現輸出電壓的穩定,易實現微機控制。
它的優點是抗干擾性能好,穩壓精度高(≤±1%)、響應快(40~60ms)、電路簡單、工作可靠。缺點是:帶計算機,程控交換機等非線性負載時有低頻振蕩現象;輸入側電流失真度大,源功率因數較低;輸出電壓對輸入電壓有相移。對抗干擾功能要求較高的單位,在城市里應用為宜,計算機供電時,必須選用計算機總功率的2-3倍左右穩壓器來使用。因具有穩壓、抗干擾,響應速度快、價格適中等優點,所以應用廣泛。
開關型交流穩壓電源
它應用于高頻脈寬調制技術,與一般開關電源的區別是它的輸出量必須是與輸入側同上頻、同相的交流電壓。它的輸出電壓波型有準方波、梯型波、正弦波等,市場上的不間斷電源(UPS)抽掉其中的蓄電源和充電器,就是一臺開關型交流穩壓電源的穩壓性好,控制功能強,易于實現智能化,是非常具有前途的交流穩壓電源。但因其電路復雜,價格較高,所以推廣較慢。
電源直流穩定電源
直流穩定電源按習慣可分為化學電源,線性穩定電源和開關型穩定電源,它們又分別具有各種不同類型:
化學電源
平常所用的干電池、鉛酸蓄電池、鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池均屬于這一類,各有其優缺點。隨著科學技術的發展,又產生了智能化電池;在充電電池材料方面,美國研制人員發現錳的一種碘化物,用它可以制造出便宜、小巧、放電時間長,多次充電后仍保持性能良好的環保型充電電池。
線性穩定電源
線性穩定電源有一個共同的特點就是它的功率器件調整管工作在線性區,靠調整管之間的電壓降來穩定輸出。由于調整管靜態損耗大,需要安裝一個很大的散熱器給它散熱。而且由于變壓器工作在工頻(50Hz)上,所以重量較大。
該類電源優點是穩定性高,紋波小,可靠性高,易做成多路,輸出連續可調的成品。缺點是體積大、較笨重、效率相對較低。這類穩定電源又有很多種,從輸出性質可分為穩壓電源和穩流電源及集穩壓、穩流于一身的穩壓穩流(雙穩)電源。從輸出值來看可分定點輸出電源、波段開關調整式和電位器連續可調式幾種。從輸出指示上可分指針指示型和數字顯示式型等等。
開關型直流穩壓電源
與線性穩壓電源不同的一類穩電源就是開關型直流穩壓電源,它的電路型式主要有單端反激式,單端正激式、半橋式、推挽式和全橋式。它和線性電源的根本區別在于它變壓器不工作在工頻而是工作在幾十千赫茲到幾兆赫茲。功能管不是工作在飽和就是截止區即開關狀態;開關電源因此而得名。
開關電源的優點是體積小,重量輕,穩定可靠;缺點相對于線性電源來說紋波較大(一般≤1%VO(P-P),好的可做到十幾mV(P-P)或更小)。它的功率可自幾瓦-幾千瓦均有產品。價位為3元-十幾萬元/瓦,下面就一般習慣分類介紹幾種開關電源:
1、AC/DC電源
該類電源也稱一次電源——AC是交流,DC是直流,它自電網取得能量,經過高壓整流濾波得到一個直流高壓,供DC/DC變換器在輸出端獲得一個或幾個穩定的直流電壓,功率從幾瓦-幾千瓦均有產品,用于不同場合。屬此類產品的規格型號繁多,據用戶需要而定通信電源中的一次電源(AC220輸入,DC48V或24V輸出)也屬此類。
2、DC/DC電源
在通信系統中也稱二次電源,它是由一次電源或直流電池組提供一個直流輸入電壓,經DC/DC變換以后在輸出端獲一個或幾個直流電壓。
3、通信電源
通信電源其實質上就是DC/DC變換器式電源,只是它一般以直流-48V或-24V供電,并用后備電池作DC供電的備份,將DC的供電電壓變換成電路的工作電壓,一般它又分中央供電、分層供電和單板供電三種,以后者可靠性最高。
4、電臺電源
電臺電源輸入AC220V/110V,輸出DC13.8V,功率由所供電臺功率而定,幾安幾百安均有產品。為防止AC電網斷電影響電臺工作,而需要有電池組作為備份,所以此類電源除輸出一個13.8V直流電壓外,還具有對電池充電自動轉換功能。
5、模塊電源
隨著科學技術飛速發展,對電源可靠性、容量/體積比要求越來越高,模塊電源越來越顯示其優越性,它工作頻率高、體積小、可靠性高,便于安裝和組合擴容,所以越來越被廣泛采用。目前,目前國內雖有相應模塊生產,但因生產工藝未能趕上國際水平,故障率較高。
DC/DC模塊電源目前雖然成本較高,但從產品的漫長的應用周期的整體成本來看,特別是因系統故障而導致的高昂的維修成本及商譽損失來看,選用該電源模塊還是合算的,在此還值得一提的是羅氏變換器電路,它的突出優點是電路結構簡單,效率高和輸出電壓、電流的紋波值接近于零。
6、特種電源
高電壓小電流電源、大電流電源、400Hz輸入的AC/DC電源等,可歸于此類,可根據特殊需要選用。開關電源的價位一般在2-8元/瓦特殊小功率和大功率電源價格稍高,可達11-13元/瓦。
使用領域
電源產品廣泛應用于工業自動化控制、軍工設備、科研設備、工控設備、計算機和電腦、通訊設備、電力設備、儀器儀表、醫療設備、半導體制冷制熱等領域。