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        直流電源的選擇問題

        關于直流電源的選擇問題,究竟是選晶體管線性直流電源或者可控硅直流電源,還是開關電源呢?這一定要根據具體場合,合理采用。這三種電路,國際國內都大量使用,各有各的特點。
        可控硅直流電源,以其強大的輸出功率,晶體管線性直流電源和開關電源無法取代;晶體管線性直流電源以其精度高,性能優越而被廣泛應用;開關電源因省去了笨重的工頻變壓器而使體積和重量都有不同程度的減少,減輕,也被廣泛地應用在許多輸出電壓、輸出電流較為穩定的場合。
        一、可控硅直流穩壓電源的電路結構如下:

        可控硅是一個控制電壓的器件,由于可控硅的導通角是可以用電路來控制的,固此隨著輸出電壓Uo的大小變化,可控硅的導通角也隨著變化。加在主變壓器初級的電壓Ui也隨之變化。

        也就是交流220V市電經可控硅控制后只有一部分加在主變壓器的初級。當輸出電壓Uo較高時,可控硅導通角較大,大部分市電電壓被可控硅“放過來了”(如上圖所示),因而加在變壓器初級的電壓,即Ui較高,這當然經整流濾波后輸出電壓也就比較高了。 
        而當輸出電壓Uo很低時,可控硅導通角很小,絕大部分市電電壓被可控硅“卡斷了”(如下圖所示),只讓很低的電壓加在變壓器初級,即Ui很低,這當然經整流濾波后輸出電壓也就很低了。

        二 晶體管線性直流電源的主電路如下:

        晶體管線性直流電源實際上是在可控硅直流電源的輸出端再串一只大功率三極管(實際是多只并聯),控制電路只要輸出一個小電流到三極管的基極, 就能控制三極管的輸出大電流,使得電源系統在可控硅電源的基礎上又穩壓一次,因而這種晶體管線性直流電源的穩壓性能要優于開關電源或可控硅直流電源1-3個數量級。但功率三極管(亦稱調整管)上一般要占用10伏電壓,每輸出1安培電流就要在電源內部多消耗10瓦功率,例如500V 5A電源在功率管上的損耗為50瓦,占輸出總功率的2%,因而晶體管線性直流電源的效率要比可控硅直流電源稍低。 

        三 開關電源的主電路如下:

        由電路可以看出,市電經整流濾波后變為311V高壓,經K1~K4功率開關管有序工作后,變為脈沖信號加至高頻變壓器的初級,脈沖的高度始終為311V。當K1,K4開通時,311V高壓電流經K1正向流入主變壓器初級,經K4流出,在變壓器初級形成一個正向脈沖,同理,當K2,K3開通時,311V高壓電流經K3反向流入主變壓器初級,經K2流出,在變壓器初級形成一個反向脈沖。這樣,在變壓器次級就形成一系列正反向脈沖,經整流濾波后形成直流電壓。當輸出電壓Uo較高時,脈沖寬度就寬,當輸出電壓Uo較低時,脈沖寬度就窄,因此開關管實際上是一個控制脈沖寬窄的裝置。 

        在沒有特別體積要求的情況下,一般向用戶提供晶體管線性直流電源,這主要是:
        1、晶體管線性直流電源精度好(優于開關電源或可控硅電源1—3個數量級),適用多種場合,一般用戶不會提出性能、精度、技術指標方面的問題。
        2、便于維修,因為多數用戶都有熟悉晶體管線性直流電源的維修人員,也有這方面的備件。維修工具,有一只萬用表即可基本解決問題,較為細心的電工亦可動手。
        3、維修后一般不留后遺癥,故障能徹底排除,性能可完全恢復,只要正確使用,及時維修,一臺電源使用10年是完全不成問題的。

        在沒有特別體積要求的情況下,不向用戶特別推崇開關電源,這主要是: 
        1、目前制作開關電源所采用的各種PWM集成芯片,主要是從輸出電壓變化范圍小,輸出電流較為穩定的角度來設計的。 
        但所謂PWM芯片,是一種脈寬調制器,當輸出電壓較高,輸出電流較大時,電源內部的開關管開通時間較長而關斷時間較短:

        而當輸出功率較小時,脈沖寬度就較窄:

        但這種脈沖寬度不是可以無限制的變窄的,脈沖寬度的變化范圍,即調節范圍僅是10%—90%。這一特點決定了這種PWM芯片,并不適用于一個從0電壓起調的所謂連續可調的電源。例如一臺500V5A的開關電源,當它輸出達500V5A時,控制脈沖最寬,形如: 

        而當輸出電壓降至50V5A時,控制脈沖的寬度降到最寬脈沖的10%, 形如: 

        已經降到最窄了。如果輸出電壓電流繼續下降,要求控制脈沖繼續變窄,但PWM電路已無法滿足,這時電路變為間歇工作, 形如:

        脈沖時有時無,一陣一陣的,電源內會發出噪音,紋波等也會變大,電性能變差,所謂“低端不穩定”,事實上已經成為不合格品。
        2、開關電源具有污染電網和幅射干擾。在大功率開關電源附近插上一臺收音機,收音機是無法收音的,對電視信號也會有干擾。有些單位的儀器儀表出現莫明其妙的干擾,和這種電網污染不無關系。對這種干擾和幅射,國家標準中都有嚴格規定。 
        3、維修較為困難,整機報廢的風險大。 
        開關電源由于在高頻下運行,頻率越高,主變壓器越小,但隨著頻率的升高,各種分布參數負面作用也明顯的顯露出來。因此要求分布參數越小越好,工藝設計精湛,引線盡量短,元器件盡量靠近。由于元件密集,給維修帶來一定難度。另外,由于電路與線性電源截然不同,維修人員的技術素質要求較高,萬用表已無濟于事,要用示波器才能觀察到電路各點的工作狀態。 
        更為重要的是,由于開關功率管處在高壓下工作,一旦損壞一般都是4只,即全部壞光,發出響亮的爆炸聲,而且進一步燒壞產生控制信號的脈沖變壓器,因而又波及到印制板,幾乎是燒了一片,只要有一如果這樣,整個電源報廢的風險就大了。 

        可喜的是,我們經過多年的制造和研發實踐,已經解決了眾多的技術難題,目前研發生產的兩款開關式直流電源(標準式和智能式)在800V1000A的范圍內,非常穩定的工作,故障率也非常的低。以上列舉的開關式直流電源的不足之處已經得到了非常大的提高。
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