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1、!第一章绪论第一章绪论第一节电源!"实验室电源在开发新的变换器时，都需要用到实验室的直流电源。然而，即使是性能理想的直流电源，在使用的时候，仍然会出现一些意想不到的现象。实验室里通常有老式和新式两种直流电源，它们之间的差别非常明显，很容易区分：旧式电源非常重。这是因为旧式电源采用较重的工作于#$%（&或’$%&）频率的金属变压器，用线性调节手段来减压，其输出端并联大容量的电容（!$$$$甚至更大），机壳里装!(有风扇，为线性调节器散热。金属结构使这些旧式电源可靠性很高，似乎根本不会坏，我本人就见过有些旧式电源甚至是二战
2、时期的产品，但现在甚至将来很长的一段时期，仍然能可靠地工作。新式电源通常采用开关调节技术。（要注意的是对电噪声非常敏感的应用场合是个例外，这时电源仍然会采用线性调节技术，但通常功率较小。）开关调节技术使得新式电源比相同功率的旧式电源要轻很多，但也更容易受到各种问题的影响，本书将从各个方面阐述这方面的问题。原因之一是虽然新式电源也经常自我宣传容量较大的输出电容，但是使用的时候如果在其输出端并上足够大的电容，那么任何开关调节都会出现振荡现象。当然，电源生产厂家已经考虑到用户外接电容的可能性，在设计的时候已经想办法让内部的输
3、出电容起到主要作用，并针对内部输出电容设计了控制补偿电路，使电源能够稳定工作。但是如果使用时外接的电容足够大，那么电路的稳定工作仍然会被破坏，最终产生振荡。实际工作中，虽然线性调节器同样存在振荡的可能，但是#$%&变压器型电源似乎没有发生这种振荡现象，原因可能是外接那么大的电容基本不可能。另一个问题是在美国实验室电源是#$%&的。开关调节器电源在这方面有很好的性能，因为它在#$%&附近有较高环路增益，对输出的#$%&波动有很好的抑制作用。而且，新的开关型电源比旧式开关电源性能更好，因为一些旧式开关电源采用晶闸管和相控技
4、术，会带来较强的#$%&噪声。而现代新式的开关电源采用场效应管器件（)*+(,-等），其控制回路的频带宽度可以设计得很高。旧式线性调节性电源依赖于容量巨大的输出电容来滤除电压纹波，其效果并不让人满意。."#!"第一篇开关电源的优化设计旧式线性电源具有优势的另一场合是，有时为了得到应用中需要的更大输出电流，可以将两台或多台电源并联。（当然，这需要远端传感器，与变换器无关。）旧式变换器的噪声都在!"#$的地方，每一个变换器产生的噪声都是同相的，因为它们都由工频电源馈电。至少噪声的频谱是明确的。对于开关电源来说，使用的时候是
5、没有同步端口的，因此每一个开关电源都以自己频率工作。如果不凑巧，这些频率非常接近，并联在一起的变换器会产生一种低频的差频。显然，差频不利于变换器的并联。%&交流电源通常人们认为只要插入烤箱的电源插头，面包就可以烤好。但对于我们电源设计人员而言事实远非如此简单！交流电源种类繁多，并伴有各种各样的问题。为了保证电源能够长期稳定可靠的工作，需要做大量的工作，对相关的国际和国家技术标准做大量研究。事实上许多电气工程师一生都在从事这方面的工作，因此这并不是令人吃惊的事情。在各种不同的交流电源中，最明显的区别在于频率不同。美国的电
6、网频率是!"#$，欧洲的是’"#$。实际上各种电源的交流频率都允许存在一定的偏差。因此如果要设计全球都适用的电源，频率范围需要低到()#$，在美国则可高达!*#$。这个允许偏差的频率范围是需要的，因为电力公司的大涡轮机工作时就存在一定的转速偏差。与工作于!"#$频率的电源相比，工作于’"#（$实际上可能是()#$）的电源需要更大容量的电容。电压的高低也各不相同。在美国，插座的电源是++",（有时是+%",），但也有%"-,的交流电压（供洗衣机用）、三相(-",的交流电压（供工业用）和%)),的电压（供日光灯照明用，不同
7、的楼宇有时也有+%",的交流电）。在欧洲却是%*",⋯⋯而澳大利亚是%(",！还有一种用于闭路电视的!",电源，实际上是一种高阻抗的峰峰值大约为+%",的准方波。这些仅仅是标称值，每一种电源还有各自的允许偏差。以++",交流电源为例，从.",到+*",的范围内都认为是正常的，对于电源而言，性能并不会减弱。还有电压的过低和短时跌落，基本上电源设备必须能从",到标称电压的整个范围内都能安全工作，免受损坏（欠压时，可以用欠压保护电路对电源装置进行保护）。当电网电压突然中断哪怕!"#$情况下的几个周期时，有些电源设备可能还必须
8、提供不间断的电能（这时只能用大容量的电容或电池，如果电源包含功率因素校正电路，那么输出电容需要比通常的电路大得多）。还有过电压情况。许多照明灯启动时的电弧，能够在%!的阻抗上产生!/,的电压，并且能以线与线和共模的形式出现。这种照明启动时产生的高电压有两个特点：一是时间短（上升时间为+&%，衰减时间为’"），二是很高的能量在+10
