SPS开关电源第二章电路介绍

第二章:電路介紹
第一節:簡單電路介紹
一:電路構成
由導線和電路元件構成的能流過電流的線路都叫電路.
電路中有通路,開路,短路三種情況.
通路:將電路中的開關閉合,使電源與負載接通.此時電路稱為通路,又叫閉合電路.通路時電路中有電流流過負載,電路處于工作狀態.(如圖一a) 開路:將電路中的開關打開就是開路(或斷路).開路時電路中沒有電流流過,這時用電器處于不工作狀態.(如圖一b)
短路:電源未經負載而直接由導線將電源正負極接通構成閉合電路就
是短路.短路時電路中電流很大,會損壞電源,甚至引起火災.(如圖一C)
燈泡
燈泡燈泡
(a)(b) (C)
圖(一)
二:電流,電壓,電阻
1.電流
電流是帶電粒子在導体中定向運動.電流是一個既有大小又有方向的物理量.電流的方向規定為正電荷運動的方向.由于導体中實際運動的是電子,而電子帶負電荷,所以電流的實際方向和電子的運動方向恰好相反.（如圖二）電流方向
圖(二)
２.電流強度
電流強度簡稱電流.用它來衡量電流的大小.用英文字母“I”表示.
它是單位時間內通過導体任一截面的電荷量.
即I=Q/T (1.1.1)
式中“Q”是電荷量,單位為庫侖;“T”是時間,單位為秒(S);“I”是電
流強度,單位是安培(A),簡稱安.
電流有直流電流和交流電流.如果電流的大小和方向都不隨時間變化,這種電流叫恆定電流,簡稱直流(DC),用大寫字母“I”表示.如果電流的大小和方向都隨時間變化,則稱這種為交變電流,簡稱交流(AC),用小寫字母”i”表示．
１A=10 mA=10 uA=10 nA
3.電壓
電壓又叫電位差.它表明單位正電荷從某點A移動到另外一點B時,所失去或獲得的電能.
即U=W/Q (1.1.2)
式中“U”是A,B兩點間的電位差(電壓),單位是伏特,簡稱伏(V); “Q”是從A點移動到B點的電量,單位是庫侖;“W”是電荷轉移過程中失去或獲得的電能,單位是焦耳(J).
電壓跟電流一樣也分恆定電壓和交變電壓,恆定電壓又稱直流電壓,用字母“V”表示,交變電壓用“v”表示.
1kV=10 V=10 mV=10 nV
4.電阻
阻礙電荷運動效應稱電阻,其單位為歐姆
1MΩ＝10 kΩ=10 Ω
5.歐姆定律
電阻(R)兩端的電壓(U)與通過電阻的電流(I)的關係是:
U=RI (1.1.3)
式中電壓和電流之方向必須一致.
歐姆定律正文寫成下面兩種形式
I=U/R R=U/I (1.1.4)
此歐姆定律是電路中的基本定律之一,它表示電流,電壓和電阻三者之間的關係.該定律既適用于直流電路,也適用于交流電路.
6.電功率
在電路系統中,人們關心的不僅是電壓和電流,還有電能(或電功),電功率.例如:發電站和輸電線的主要任務是發出和傳輸多少功率.一般用電設備都標明電功率數.
a.電功和電功率的關系:
電功率,簡稱功率.是衡量單位時間內電能(電功)的大小,即表示做功的快慢.電功和電功率之間的關系是:
功率=電功/時間
電功的符號是A,功率的符號是P,所以用字母表示為:
P=A/T (1.1.5)
A=PT (1.1.6)
b.功率的計算公式:
功率等于電壓和電流的乘積
即 P=UI (1.1.7)
式中電壓單位為伏(V),電流單位為安(A),功率的單位為伏特(W).
較大的功率用千瓦(KW)作單位,較小的功率用毫瓦(MW)作單位.
對電阻元件,將U=RI代入式(1.1.7)中有:
P=UT=I R=U /R (1.1.8)
式(1.1.8)是電阻消耗功率的計算式
c.電功
在式A=PT中,當P的單位是瓦(W),T的單位為秒(S)時,A的單位是焦耳(J):
1J=1W˙S
焦耳在工業中作為計算電功或電能的單位嫌太小,通常用千瓦小時(KW˙h )作為計算電功的單位.1千瓦小時的電功等于在電路中以1千瓦的電功率,做1小時功.這就是我們通常說的1度電.
1KW˙h=1度電
7.電源
電源是電路中能量的供給者,電源有電壓源和電流源兩種.電池照明電都是電壓源.
電壓源的特點是其兩端電壓與流過的電流無關.(如圖三)為電壓源的一般符號,U S是電源的電壓值,圖中長線段表示高電位端,即”+”極.短線段表示低電位端,即”-“極.
+
-
(圖三)
三.電阻串聯與分壓公式
1.基爾霍夫定律:
基爾霍夫定律包括兩個定律.基爾霍夫第一定律是描述電路中節點電流之間的關系,又叫基爾霍夫電流定律.基爾霍夫第二定律是描述回路電壓之間的關系,又稱基爾霍夫電壓定律.
a.基爾霍夫電流定律:在任意時刻,對電路的任意節點來說,流入節點的電
流之和等于流出該節點電流之和.(如圖四)
I 3
I4
它們有下列關系
I1+I2+I3=I4+I5 (1.1.9)
或寫成
ΣI 流入=ΣI 流出 (1.1.10)
b.基爾霍夫電壓定律:在任何時刻,電路中任意回路內,個部分電壓的代數和恆等于零:
即 ΣU=0 (1.1.11)
代數和要考慮到電壓的正負號.電壓的正負這樣規定的:首先規定回路的饒行方向(順時針或逆時針都可以).凡電路中元件電壓方向與回路的饒行方向一致時電壓取正,反之,取負.(如圖五)
2
圖(五)
U 1+U 2-U 3-U S =0 (1.1.12)
若按逆時針饒行,則有:
-U -U 2+U 3+U S =0 (1.1.13)
2.電阻的串聯與分壓公式
在實際電路中,電阻元件往往不止一個,它們根據不同的要求,按一
定的方式聯接起來,其常用的聯接方式有串聯,并聯和混聯.
電阻一個接一個地串接起來,稱為串聯.(如圖六)
圖(六 ) 根據基爾霍夫電流定律,可知串聯電路中各元件的電流相等
a.串聯電路的總電壓U
根據基爾霍夫電壓定律,總電壓U 與各個電阻上電壓的關系為:
U=U1+U2+U3 (1.1.14)
b.串聯電路的總電阻R
串聯電路的總電阻又稱等效電阻.由歐姆定律:
U1=IR1U2=IR2 U3=IR3
代入(1.1.14)有:
U=IR1=IR2-IR3=I(R1+R2+R3)=IR
式中
R=R1+R2+R3 (1.1.15)
R即串聯電路的總電阻,由式(1.1.15)可見串聯電路的總電阻等于各電阻之和.
c.串聯分壓公式
現在我們分析總電壓是按什麼規律分配在每個電阻上.圖六中每個電阻上的電壓分別是:
U1=IR1U2=IR2 U3=IR3
電流I為
I=U/(R1+R2+R3)=U/R
把電流代入各電壓式中,有:
U1=IR1=U/(R1+R2+R3)˙R1=R1/R˙U
U2=IR2=U/(R1+R2+R3)˙R2=R2/R˙U (1.1.16)
U3=IR3=U/(R1+R2+R3)˙R3=R3/R˙U
式(1.1.16)為串聯電路的分壓公式,根據分壓功式,若已知總電壓和各電壓值,要求出每個電阻上的電壓值,電壓值與電組值成正比
U1:U2:U3=R1:R2:R3
3.電阻的并聯與分流公式
幾個電阻并排聯接在一起,稱為并聯.(如圖七)
(圖七)
a.并聯電路的總電流
根據基爾霍夫電流定律,圖七中各組中的電流I1,I2,I3和總電流I的關系為:
I=I1+I2+I3 (1.1.17)
即并聯電路中總電流等于各電阻中電流之和
b.并聯電路的總電阻R
若并聯電阻兩端的電壓為U,由歐姆定律得到:
I1=U/R1I2=U/R2 I3=U/R3
代入式(1.1.17)中得:
I=U/R1+U/R2+U/R3=U(1/R1+1/R2+1/R3)=U/R
式中
1/R=1/R1+1/R2+1/R3 (1.1.18)
R稱為并聯電路的總電阻.又稱等效電阻.式(1.1.18)表明幾個電阻并聯時,總電阻的倒數等于各個電阻倒數的和,由此可見,電阻并聯後的等效電阻,必定比其中任何一個電阻的值都小.在實際工作中,我們經常遇到兩個電阻并聯的情況,由式(1.1.18)可得:
1/R=1/R1+1/R2=(R1+R2)/(R1˙R2)
即
R=R1˙R2/(R1+R2) (1.1.19)
式(1.1.19)是兩個電阻并聯後的等效電阻的計算公式,該式只適用于
兩個電阻并聯.
c.并聯電阻的分流公式
現在來分析總電流,按照什麼樣的規律來分配在每個電阻中,在圖七中,每個電阻中的電流分別為:
I1=U/R1 I2=U/R2I3=U/R3
又
I=U/R 或 U=IR 將U代入支路電流表示式中,得:
I1=IR/R1 I2=IR/R2 I3=IR/R3 (1.1.20)
式(1.1.20)就是并聯電阻的分流公式.由此可見各電阻中的電流與電阻成反比.
4.電阻的混聯
一個實際電路中,電阻既有串聯又有并聯的聯接方式稱為電阻的混聯.(如圖八
+
圖(八)
圖中R2與R3并聯後再與R1串聯.在實際運用中,我們只要掌握串聯,并聯的特點.利用串并聯等效電阻的公式,求混聯電阻并不戁.
例1.求(圖九)電路中的等效電阻Rac.已知R1=6Ω,R2=4Ω,R3=12Ω
解:圖中R2與R3并聯,在與R1串聯,
先計算并聯部分的等效電阻R bc
bc=(R2˙R3)/(R2+R)=(4*12)/(4+12)=3Ω
R ac=R1+R bc=6+3=9Ω
圖(九) 所以串并聯電阻的等效電阻是9Ω例2:電路如(圖十)所示,電壓源U S=18V,電阻值R1=6Ω,R2=4Ω,
R3=12Ω,求電路中的電流I1,I2,I3
解:電路中的電阻的串并聯同例1,首先用等效
電阻替代電路中的電阻,求出I1.
I1 =U S/R=18/9=2A
由圖得知: I2和I3是I1的分流,運用分流公式, 圖(十) 求得:I2=R3/(R2+R)*I1=(12*2)/(4+12)=1.5A
I3 =I1-I2= 0.5A
例3:求(圖十一)所示電路中的電壓U1
+ A 解:由分壓公式(1.1.16)可得:
Ω U1=R1U/(R1+R2)
=0.1KΩ/(1+0.1) KΩ*100
=9.09V
ΩU1電壓為9V
圖(十一) -
一.輸出電壓范圍(INPUT VOLTAGE RANGE):
一般分為低(88Vac~132Vac).高(176Vac~264Vac)壓輸入,通常ATS1測試低
壓輸入.ATS2測試高壓輸入,也可依生產狀況需求作變更.而P/S本身有
(115Vac~230Vac).區段選擇開關及AUTO RANGE,故測試者必須特別加以區分.
二.輸入頻率范圍(INPUT FREQUENCY RANGE):
一般為47HZ TO 63HZ.測試者應隨著輸入電壓並且選擇各種頻率範圍,找出最Margin的條件作生產線的測試.
F
三.最大輸入電流(MAX INPUT AC CURRENT):
一般都採用MIN INPUT VOLTAGE 的AC輸入電壓及輸出端各組使用全重載時
作測試,此時AC電流為最大輸入電流.
四.突入電流(INTUSH CURRENT):
一般為AC電壓使用MAX INPUT VOLTAGE及OUTPUT各組為全載時,在AC電源
瞬間開機,由儲存示波器測得瞬間輸入電流值(一般指半周的峰值).測試時
必須冷機(COLD START)狀態測試才正確.(如下圖)
I
五.效率(EFFICIENCY):
一般為AC電壓用NOMINAL.一般VOLTAGE及OUTPUT各組為全重載時,所測得
的效率其計算公式如下:
PO為P/S各組輸出功率總和
PI為P/S AC輸入功率
六.輸入電壓調整(LINE REGULATION):
一般為各組輸出使用全重載,改變輸入AC電壓值由(MIN TO NOMINAL TO MAX) 作變化,檢查各組輸出電壓是否符合SPEC.
七.負載調整(LOAD REGULATION):
一般為改變各組輸出負載.全重載及全輕載狀態,輸入AC固定在NOMINAL LINE VOLTAGE.檢查各組輸出電壓是否符合SPEC.
八.交互負載調整(CROSS REGULATION):
一般為輸入AC電源固定在NOMINAL LINE VOLTAGE.改變各組輸出負載,如: 主負載為重載.其餘各組為輕載;及主負載為輕載,其餘各組為重載,檢查各
組輸出電壓是否符合SPEC.(一般+5V為主負載)
九.頻率調整(FREQUENCY REGULATION):
一般為各組輸出使用全重載,輸入AC電壓與輸入頻率交互搭配測試,檢查各
組輸初電壓是否符合SPEC.
十.維持負載調整(SURGE LOAD REGULATION):
一般使用AC電源MIN LINE VOLTAGE及MAX LINE VOLTAGE.輸出負載使用
SURGE LOAD,測試此項時在一定時間內(15秒內)P/S不可蕩機且各組輸出電
壓要符合SPEC.
十一.最低輸入可工作電壓:
一般輸出負載使用全重載,輸入AC電壓由OV調整至規格要求之電壓值.或
直接用規格要求之電壓值關機,其各組輸出電壓要符合SPEC.
十二.短路保護(SHORT CIRCUIT PROTECTION):
輸入AC電源使用MIN OR MAX.LINT VOLTAGE.其各組輸出負載使用全輕載,
分別將各組輸出與GND短路,其狀況可分下列兩種.
1)Latch線路:短路時各組電壓降至OV.移去短路狀態後各組電壓仍然為OV.
直至電源開關重新OFF/ON後,各組電壓恢复正常輸出.
2)RECOVER線路:短路時,各組電壓降至OV,移去短路狀態後各組電壓即恢复
正常輸出.
注(1):有些機種在保護後需要經過一段放電時間才可恢复正常輸出.
注(2):有些採用穩壓IC(REGULATOR)電路.若對該組短路,只有其本身輸出
會下降至OV,其餘各組不受影響,因穩壓IC內部有保護電路.
十三.過電流保護(OVER CURRENT PROTECTION):
輸入AC電源使用NOMINAL LINE VOLTAGE待測組使用重載,其餘皆使用
輕載.測試時將待測組之負載逐漸增加到SPEC內要保護各組輸出降為OV.
注:若使用穩壓IC狀況同十二中注(2).
十四.過溫度保護(OVER TEMPERATURE PROTECTION):
輸入AC電源使用NOMINAL LINE VOLTAGE,輸出使用全重載時.(有風扇者去
之)用熱風機加溫,在溫度升至SPEC內時,P/S要保護,溫度下降後才可恢复
動作.(自動關機)
十五.過負載保護(OVER POWER PROTECTION):
輸入AC電壓使用NOMINAL LINE VOLTAGE.各組輸出使用全重載,逐漸增加
各組輸出負載,使P/S輸出總功率超出正常功率的X%(依SPEC規定)以內,
此時輸出各組保護下降至0.
十六.過電壓保護(OVER VOLTAGE PRONTECTION):
輸入AC電源NOMINAL OR MIN MAX LINE VOLTAGE,各組輸出負載使用全輕
載,以DCSOURCE外加電壓(依SPEC)至待測組端,其狀況同十二中(1).(2).
十七.連波和雜訊(RIPPLE & NOISE):
輸入電源使用NOMINAL LINE VOLTAGE . 各組輸出負載使用全重載,其RIPPLE
& NOISE要符合SPEC.
注:一般測試R&N時要在各組輸出端并聯電容(依SPEC而定)所測得之值才正確.
十八.啟動延遲時間(TURN DELAY).關機正常時間PG(POWER GOOD OR DC OK).上升延遲時間(RISE TIME).初期延遲時間(INITIAL DELAY TIME).關機維持時間(HOLD UP TIME),關機正常時間PF(POWER FALL,DC DOWN OR DELAY TURN-OFF):
輸入AC電源使用MIN LINE VOLIAGE .各組輸出負載使用全重載,計算方式如下圖從儲存示波器所得結果.
TD:TURN ON DELAY TIME.
TR:RISE TIME.
TI:INITIAL DELAY TIME.
TH:HOLD UP TIME.
PG:POWER GOOD
PF:POWER FALL
十九:瞬時超越量(TRANSIENT OVERSHOOT).暫態影響(TRANSIENT RECOVER TIME):
1.SW1.SW2之切換速度可由SPEC得知:
2.測試瞬時超越量有兩種狀況:一為SW1ON-OFF,二為SW2切換R1-R2,觀察P/S輸出端電壓
所受變化的影響量(R1為重載.R2為輕載)
上圖是指R1-R2切換時X1,X2為OVER SHOOTING,T1為恢复至正常所需時間即
暫態影響時間.
二十.漏電流(LEAKAGE): 輸入AC
表,L接至SW.SW拔至L,N檢查MA
N FG
二十一.耐高壓測試(HI-POT TEST):
將P/S輸入端短路(L,N短路),輸出端全短路,測試下列三項:
(1) AC (PRIMARY)TO DC (SECONDARY)
(2) AC (PRIMARY)TO FG
(3) DC (SECONDARY)TO FG
以上測試電壓由SPEC得知,測試時間依SPEC規定,通常生產線為縮短時間可換算將
(測試電壓/1分鐘)換成(測試電壓X1.2/1秒鐘)CUTOFF CURRENT(遮斷電流)依台達規定通常為10Ma,若SPEC有特別規定者除外. CASE
DC
二十二.接地連續性測試(GRDUNDING TEST):
測試為FG對CASE(如上圖使用GRDUOING TESTER),通常台達規定為100mΩ/25A.1SEC 二十三.絕緣阻抗測試:
測試步驟同二十一上HI-POT TEST.儀器改用高電壓SOURCE.依SPEC規定測試結果,絕
緣阻抗值要大于SPEC規定值.
二十四.電磁干擾防制濾波電路(EMI):
突波吸收器(VARISTOR).主吸收電源因受異常高壓之突波或電擊因素,NTC(具負溫度系)是在防止電源開機時之瞬間沖擊電流,俗稱湧浪電流(SURGE CURRENT)
Varistor FUSE
上圖FUSE為輸入故障及維護電源之保護CX1,CX2.CX3.CX4,FL2可抑制線路中高頻諧波之傳輸.CX1,CX2是抑制線對線,FL1.FL2是抑制導線導体,CY1,CY2則是線對地線.。