在電力電子設備的運行體系中,AC/DC 開關電源作為能量轉換的核心部件,其啟動階段的沖擊電流問題一直是影響設備可靠性與電網穩(wěn)定性的關鍵因素。沖擊電流通常是指電源接通瞬間,由于輸入濾波電容的初始電壓為零,導致的瞬時大電流峰值,其數(shù)值可達額定工作電流的數(shù)十倍甚至上百倍。這種瞬時過流不僅會造成電源輸入端口的電壓跌落,影響同一電網中其他設備的正常工作,還可能損壞整流橋、熔斷器等關鍵元器件,嚴重時甚至會引發(fā)開關觸點的電弧拉弧現(xiàn)象,縮短設備使用壽命。因此,研發(fā)高效、可靠的沖擊電流限制技術,對提升 AC/DC 開關電源的整體性能具有重要的工程意義。
在嵌入式系統(tǒng)設計中,MCU(微控制單元)作為核心控制模塊,其供電電路的穩(wěn)定性直接決定了整個系統(tǒng)的運行可靠性。不同應用場景下,MCU 對供電電壓精度、紋波抑制、效率、成本及體積的需求存在顯著差異,因此科學選擇供電方案成為嵌入式設計的關鍵環(huán)節(jié)。本文將結合 MCU 供電的核心需求,系統(tǒng)分析主流供電方案的特性的適用場景,為工程設計提供實用參考。
電池供電系統(tǒng)的可靠性、效率與壽命成為制約技術發(fā)展的關鍵瓶頸。傳統(tǒng)鋰電池方案因功率密度不足、循環(huán)壽命有限,難以滿足高脈沖負載與頻繁充放電場景的需求;而超級電容雖具備毫秒級響應與百萬次循環(huán)優(yōu)勢,卻受限于能量密度?;旌蟽δ芡負渫ㄟ^將超級電容與鋰電池優(yōu)勢互補,構建出兼顧能量與功率特性的新型供電體系,正在電動汽車、數(shù)據中心備用電源、可再生能源儲能等領域引發(fā)系統(tǒng)性變革。
在智能穿戴設備追求極致輕薄與持久續(xù)航的賽道上,微型電池技術正通過硅基負極材料與固態(tài)電解質的雙重突破,重構智能手表的能源架構。從實驗室原型到消費電子量產,這項融合材料科學與微納電子技術的創(chuàng)新,正在解決傳統(tǒng)鋰離子電池能量密度與安全性的根本矛盾。
用戶對充電效率與設備便攜性的雙重需求催生了緊湊型適配器的技術革新。氮化鎵(GaN)器件憑借其高頻開關特性與低損耗優(yōu)勢,成為突破傳統(tǒng)硅基適配器性能瓶頸的核心技術。然而,高頻開關帶來的電磁干擾(EMI)問題,以及緊湊設計下的散熱與可靠性挑戰(zhàn),成為制約GaN適配器大規(guī)模應用的關鍵因素。本文結合實際案例與技術數(shù)據,系統(tǒng)闡述GaN器件在緊湊型適配器中的高頻開關優(yōu)勢及EMI解決方案。
在電子DIY領域,將閑置電源適配器改造為可調電壓適配器是資源再利用的典型案例。其中,基于LM2596芯片的模塊因其高集成度、寬輸入范圍(4.5V-40V)和可調輸出特性(1.25V-37V),成為改造首選。本文結合工程實踐與實測數(shù)據,系統(tǒng)闡述LM2596模塊的改裝方法及紋波抑制技巧。
整流技術是開關電源中能量轉換的關鍵環(huán)節(jié),其本質是通過續(xù)流元件構建電流回路,實現(xiàn)電能的穩(wěn)定輸出。二者的根本區(qū)別在于續(xù)流元件的選擇與控制方式:
在電子設備廣泛應用的當下,開關電源作為能量轉換的核心部件,其電磁兼容性(EMC)直接影響設備整體性能與周邊環(huán)境安全。其中,輻射騷擾作為開關電源 EMC 問題的主要表現(xiàn)形式,不僅可能導致設備自身故障,還會干擾其他電子設備的正常運行,甚至違反國際國內相關電磁兼容標準。因此,深入分析開關電源輻射騷擾的產生機制,并制定有效的抑制策略,成為電子工程領域的重要研究課題。
在高精度 ADC、高速 DAC 及射頻收發(fā)器構成的高性能信號鏈中,電源系統(tǒng)的紋波噪聲已成為制約系統(tǒng)性能的關鍵因素。當紋波噪聲通過電源網絡耦合到信號路徑時,會直接導致信噪比(SNR)下降、有效位數(shù)(ENOB)降低,甚至引發(fā)數(shù)字電路誤碼。本文將從紋波的危害機理出發(fā),系統(tǒng)闡述高性能信號鏈中電源紋波的分析框架與工程實踐方法。
理想電網中,電壓與電流應是光滑的正弦波,但現(xiàn)代用電場景里,這道純凈波形正被悄然扭曲。諧波的本質,是頻率為基波(我國為 50Hz)整數(shù)倍的 “雜質” 電流,其根源在于非線性負載的廣泛應用。從工廠的變頻器、電弧爐,到商業(yè)建筑的 LED 照明、電梯,再到新能源場站的光伏逆變器,這些設備的電流與電壓不呈線性關系,經傅里葉分析可分解出 3 次、5 次、7 次等奇次諧波 —— 它們占總畸變量的 82%-93%,其中 3 次諧波在低壓系統(tǒng)中危害尤甚。
在電力電子設備朝著小型化、高頻化發(fā)展的當下,電磁干擾(EMI)問題與電源尺寸限制成為設計中的兩大核心挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)無源 EMI 濾波器雖能在一定程度上抑制干擾,但往往需要大容量電感、電容等元件,導致電源體積龐大,難以滿足消費電子、工業(yè)控制等領域對小型化的需求。而集成有源 EMI 濾波器(Integrated Active EMI Filter,IAEF)的出現(xiàn),不僅能顯著提升 EMI 抑制效果,還能大幅縮減元件占用空間,成為解決這一矛盾的關鍵技術。
在電力電子技術迭代進程中,智能電源的控制回路設計直接決定其穩(wěn)定性、效率與智能化水平。模擬控制作為歷經半個世紀驗證的成熟技術,與依托數(shù)字信號處理發(fā)展的數(shù)字控制方案,形成了兩種截然不同的實現(xiàn)路徑。二者在電路架構、性能特性與應用適配性上的差異,深刻影響著智能電源在不同場景下的技術選型。
太陽能光伏電源系統(tǒng)的核心功能是將不穩(wěn)定的太陽能轉化為持續(xù)可靠的電能,而光伏陣列的輸出特性受光照強度、溫度等自然因素影響顯著,存在輸出電壓波動范圍大、電流隨負載變化明顯等問題。這就要求穩(wěn)壓器不僅要實現(xiàn)基本的電壓穩(wěn)定功能,還需具備寬輸入電壓適應能力、高能量轉換效率以及良好的抗干擾性能,以保障后續(xù)儲能設備(如蓄電池)或負載(如家用電器、工業(yè)設備)的安全穩(wěn)定運行。在光伏電源系統(tǒng)中,穩(wěn)壓器作為能量轉換與控制的關鍵環(huán)節(jié),其拓撲結構的選擇直接決定了系統(tǒng)的整體性能與經濟性,串聯(lián)穩(wěn)壓器與并聯(lián)穩(wěn)壓器作為兩種經典拓撲,在實際應用中展現(xiàn)出截然不同的優(yōu)勢與適用場景。
在電力電子設備普及的當下,開關電源因高效節(jié)能的優(yōu)勢,已廣泛應用于通信、工業(yè)控制、消費電子等領域。然而,開關電源內部功率器件的高頻開關動作,會產生大量電磁噪聲,若不加以抑制,這些噪聲將通過輸入電源線侵入公共電網,不僅干擾電網中其他設備的正常運行,還可能違反國際電磁兼容(EMC)標準。因此,深入研究 EMC 技術在抑制開關電源噪聲傳導中的應用,對保障電網穩(wěn)定性和設備兼容性具有重要意義。
LLC 拓撲憑借其全負載范圍原邊開關管的零電壓開通(ZVS)、副邊二極管或同步整流開關零電流關斷(ZCS)、EMI 特性好、電路結構簡單以及成本較低等諸多優(yōu)異特性,在照明驅動、電視電源、工業(yè)電源、服務器 / PC 電源、通信電源等消費及工業(yè)領域的 DC - DC 級得到了廣泛應用。然而,在實際應用中發(fā)現(xiàn),LLC 拓撲在輕載及空載情況下,即便工作頻率范圍很寬,輸出電壓仍常常超出規(guī)格要求,這與基于基波近似法(FHA)計算得到的直流增益曲線理論不相符。因此,深入分析該問題產生的原因,并尋找有效的解決方案具有重要的現(xiàn)實意義。