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上海拓戴变压器新闻
发布时间:2014/8/7 11:12:09
1.PS电源系统设备技术是指依托先进功率转换技术、数字控制技术、高频开关变换技术、脉宽调制技术、电磁兼容技术、冗余并机技术、智能充放电技术、网络技术、驱动技术和新工艺技术等的一门综合技术。UPS电源已从60年代的旋转发电机发展至今天的具有智能化程度的静止式全电子化电路,并且还在继续发展。

 

    市场概况

 

    根据相关部门统计,2008年国内信息设备用UPS电源销售额28.1亿元人民币,2009年销售额30.4亿元人民币。工业动力UPS电源系统,年市场需求也近30亿元人民币。因此,现在我国UPS电源年市场需求总容量在50~60亿元人民币,市场需求巨大。

 

    在50-60亿元的市场中,销售额超过2亿元的企业有5家,1~2亿元的企业有5家;5000~8000万元左右企业约有15~20余家;2500~5000万元左右企业约有274余家,500~2500万元左右企业约有1380余家,其它有300多家。其中大功率UPS电源市场的品牌格局中,以销售额来衡量,厦门科华市场占有率居于本土品牌第一;科士达市场占有率占据本土品牌第二。

 

    电信、金融等行业的采购规模与以前相比出现了稳步增长期间,由于这两个行业的硬件投资比重会逐渐减少,加上这两个行业的UPS电源保有率较高,因此其UPS电源需求增长不大,市场份额将逐渐下降。相反,一些以往占市场比重不大的行业如制造业、交通业、能源业等对UPS电源的需求呈现出了快速增长的势头,特别是制造业中的,中小企业的大规模崛起,更是成了带动UPS电源市场增长的新动力源泉。

 

    应用领域

 

    UPS电源系统按其应用领域可分为:信息设备用UPS电源系统、工业动力用UPS电源系统二大类别:

 

    信息设备用UPS电源系统设备。近几年来UPS电源系统在IT行业发挥着越来越重要的作用,被人们誉为计算机信息的保护神。在进信息时代之后,信息的安全问题已经被人们广泛关注,因此,在这种时代背景中,UPS的发展趋势引起业界的高度重视是顺理成章的。信息化通信UPS电源系统主要应用于:信息产业、IT行业、交通、金融行业、航空航天工业等计算机信息系统、通讯系统、数据网络中心等的安全保护问题。UPS电源作为计算机信息系统、通讯系统、数据网络中心等的重要外设,在保护计算机数据、保证电网电压和频率的稳定,改进电网质量,防止瞬时停电和事故停电对用户造成的危害等是非常重要的。

 

    工业动力用UPS电源系统设备。工业动力UPS电源系统设备主要应用于:工业动力设备行业电力、钢铁、有色金属、煤炭、石油化工、建筑、医药、汽车、食品、军事等领域,作为所有电力自动化工业系统设备、远方执行系统设备、高压断路器的分合闸、继电保护、自动装置、信号装置等的交、直流不间断电源设备,保证工业自动化动力供给的可靠性。

 

但工业动力用不间断电源是不间断电源产品中的高端产品,涉及大功率能量变换的电力电子技术、数字化控制技术、交流电源并联冗余技术、有源谐波抑制技术、大功率产品制造技术等,技术复杂,一般的电源企业无法进入该领域,只有已经拥有大功率电力电子技术和系列产品开发、生产、服务能力,并积累相应工业应用经验的企业,才能做好工业动力不间断电源系统的设计、生产、市场服务。

 

2.

 

本文介绍一种新颖的电容降压型直流稳压电路,电路不含变压器,只由几个简单的电子元件组成。输出DC电压可在很宽的范围内任意调节,只需要改变基准电压元件。

 

一、 概述
  
  电子工程师总是在不断追求减小设备体积,优化设计,以期最大限度地降低设备成本。其中,减小作为辅助电源的直流稳压电源电路部分的体积,往往是最难解决的问题之一。
  
  普通的线性直流稳压电源电路效率比较低,电源的变压器体积大,重量重,成本较高。
  
  开关电源电路结构较复杂,成本高,电源纹波大,RFI和EMI干扰是难以解决的。
  
  下文介绍的是一种新颖的电容降压型直流稳压电源电路。
  
  这种电路无电源变压器,结构非常简单,具体有:体积小、重量轻、成本低廉、动态响应快、稳定可靠、高效(可达90%以上)等特点。

 

二、 电容降压原理

 

  
  当一个正弦交流电源U(如220V AC 50HZ)施加在电容电路上时,电容器两极板上的电荷,极板间的电场都是时间的函数。也就是说:电容器上电压电流的有效值和幅值同样遵循欧姆定律。
  
  即加在电容上的电压幅值一定,频率一定时,就会流过一个稳定的正弦交流电流ic。容抗越小(电容值越大),流过电容器的电流越大,在电容器上串联一个合适的负载,就能得到一个降低的电压源,可经过整流,滤波,稳压输出。
  
  电容在电路中只是吞吐能量,而不消耗能量,所以电容降压型电路的效率很高。

 

三、 原理方框图

 

 


  电路由降压电容,限流,整流滤波和稳压分流等电路组成。
  
  1.降压电容:相当于普通稳压电路中的降压变压器,直接接入交流电源回路中,几乎承受全部的交流电源U,应选用无极性的金属膜电容(METALLIZED POLYESTER FILM CAPACITOR)。
  
  2.限流电路:在合上电源的瞬间,有可能是U的正或负半周的峰_峰值,此时瞬间电流会很大,因此在回路中需串联一个限流电阻,以保证电路的安全。
  
  3.整流滤波:有半波整流和全波整流,与普通的直流稳压电源电路的设计要求相同。
  
  4.稳压分流:电压降压回路中,电流有效值I是稳定的,不受负载电流大小变化的影响,因此在稳压电路中,要有分流回路,以响应负载电流的大小变化。

 

四、 设计势实例

 

  1.桥式全波整流稳压电路:

 

 

 

 

 

 

  规格要求:输出DC电压12V,DC电流300mA;输入电源220V AC/50HZ 市电。

 

  1)降压电容C1的选择:
  
  a. C1容值的选择:
  
  电容值取决于负载电流,负载电流I确定后,可得:     C1≥1/2лfU

 

  式中交流电源U值计算时取负10%,即:

 

I=300mA,U=220V*(-10%)=198V,f=50HZ,

 

C1≥0.3(2*3.14156*50*198)=4.82uF)

 


电容值只可取大,不可取小,本例电容C1取值5uF。

 

  b. 耐压值的选择:
 
  要考虑电源正10%的情况,如本例用市电,C1要选择250V AC的金属膜电容。

 

  c. 耐瞬间冲击电流的选择:

 

  金属膜电容的内阻是很低的,允许电容在吞吐能量时,有大的电流流过,这个电流的大小取决于电容值和它的du/dt值,此值由电容的结构,金属膜的类型,引出线的方式决定的。
  
  du/dt值与电容的耐压值有关,耐压越高,du/dt值越大,不同厂家产品du/dt值也有很大的差别,如耐压为250VAC电容值为5uF的金属膜电容的du/dt值一般在3-30之间选择。
  
  在本例中:C1=5uF,du/dt值取3,则C1耐瞬间冲击电流值为:
  

 

I=Cdu/dt=5*3=15(A)

 

 

 

  2)限流电阻R1的选择:
  
  先求C1的容抗:

 

Xc=1/2лfC=1/(2*3.1416*50*0.000005)=636.36Ω

 

  则复阻抗:|Z|=638.3Ω (R1取值为47Ω)

 

  求得电流有效值为:I=U/|Z|=220/638.3344.7mA

 

  电阻实际承受的有效电压值:UR=344.7mA*47Ω =16.2V

 

求出电阻实际承受的功率:PR=16.2V*344.7mA=5.58W  (R1选用线绕电阻器,功率取7.5W)

 

 

 

  3)稳压分流电路:
 
  稳压管ZD1和T1管E-B结,R3组成稳压电路,T1,R2组成分流电路。
 
  ZD1选用11.3V的稳压管;R3阻值取180Ω1/6W;T1管响应负载电流的大小变化,负载电流可在0-300mA内变化,T1选用2W的PNP管,电流放大倍数≥200;R2用作负载电流较小时,分担一部分T1管的功率,R2取值30Ω/3W。

 

2.半波整流稳压电路:

 

 

 

 

  规格要求:输出一组24V DC电压(如提供继电器工作用),一组DC电压5V(如供微控制器工作或双向可控硅触发电流用),输出DC电流60mA;输入电源220V/50HZ。

 

  1)降压电容C1的选择:

 

  a.流过电容C1的电流约是负载电流的两倍,即120mA,得出:

 

        C1≥1/2лfU=0.12(2*3.14156*50*198)=1.93(uF)

 


  C1的实际取值2uF。

 

  b.选择耐压值为250V AC的金属膜电容。

 

  c.瞬间冲击电流值为: I=Cdu/dt=2*3=6(A)

 

  2)限流电阻R1的选择:

 

  电路的复阻抗:Xc=1/(2*3.14156*50*0.000002)=1.464KΩ
                

 

                                     |Z|=1.467 KΩ (R1取值100Ω)

 

  求得电流有效值: I=U/|Z|=220/1.467=150mA

 

  再求出电阻承受的有效电压值为:UR=150mA×100 =15V

 

  求出电阻实际承受的功率: PR=15V×150mA=2.25W (R1的功率取3W)

 

  3)半波整流电路:

 

         D1作半波整流用,C2、C3为滤波电容,交流电源U上半周时,经C1、R1降压,由D1整流后给电容C2平滑滤波输出

 

  D2的作用:交流电源U下半周时,降压电容C1经由D2放电。

 

  4)稳压分流:

 

  ZD1、ZD2、R3组成DC 24V稳压即分流电路,T1、ZD3和R4组成DC 5V稳压电路。

 

五、结语

 

  1、电路结构非常简单,具有体积小、重量轻,有利于实现电子设备的小型化;

 

  2、省去了电源变压器,对元器件的要求也不高,成本非常低,有力于降低电子设备的成本;

 

  3、电容降压电路是一个电流源,只需改变基准电压元件,就可得到很宽范围内的任一DC电压源;

 

  4、注意:这种电路输出DC电压与输入AC电源之间是不隔离的,因此,它用在不需隔离的电子设备中,如在一些控制、检测、分析电子装置中,在家用电器等电子设备中,特别是在小家电领域具有广泛的实用价值;正因为没有隔离,所以应用在需要隔离的电子设备中不合适。

 

  5、金属膜电容的容量还不能做得很大,因此,这种电路通常用在小功率直流稳压电源的电子设备中。

 

 

 

 

 

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