电源技术基础 (1) - 电源的基本认识

大家好，我是JJZ 是德州仪器的产品培训经理 今天我给大家来讲述 电源技术基础在线培训课程 那第一部分是电力电子技术基础 那为什么我们特别关心电力电子技术 我们知道我们日常生活中 离不开各种用电设备 比如说我们经常需要看电视 那看电视需要电能 那我们在工作中需要处理邮件 我们的电脑那也离不开电能 那么我们每天去哪里都机不离手的手机 那也是我们在生活中都离不开的 这个手机也是需要每天充电 进行电能的补充 那没有电能的话我们会想到的是什么 第一个感觉我们就回到了原始时代 比如说像通过蒸汽来驱动的蒸汽机 那像汽车通过烧炭来让它跑起来 另外就像各种手摇的设备 所以我们可以说电能或者电力电子技术 让我们现在的生活能够 使各种电能满足我们各种用电设备的需求 使我们满足生活的各种方方面面 那什么是电力电子技术 那电力电子技术 首先我们要讲几个非常基础的概念 第一个是功率的概念 什么是功率 我们知道当我们在一个导体施加 或者半导体上施加一定的电压 那一定会有电流流过 那么功率的概念就是电压乘以电流 就是得到我们功率的概念 电压乘以电流 就是我们通常所说的功率的概念 那么所谓电能实际上 是在功率的基础上对一定时间进行累积 就是电能 那从计算公式来表达的话 就是功率乘以时间 那它实际上在这里边有几个单位的概念 电压通常来讲我们是用伏和伏特 电流是用安和安培 功率就是瓦，就是瓦特 那么功率乘以时间 那么我们在生活中常常提到什么一度电 那一度电的概念就是 一个用电设备一千瓦的用电设备 在一个小时内所消耗的电能 就是一度电的概念 那现在电力电子技术用在哪里 那实际上就像前面提到的 它在生活中离不开在各个方面 那我们生活中常用的 各种电子马达、扬声器 我们进行电子设计的单片机、微控制器 包括 FPGA、DSP 等等各种传感器 各种显示装置 以及各种模拟电路 这些东西都是我们需要 进行电力电子装置、进行变换 我们可以讲 电源装置、电源设备、电源变换装置 在所有的用电设备里 都是需要的、无所不在的 所有我们周围的环境全部都是用于 所有的用电设备都是有需要 有一定的电源和功率的变化 来满足这种用电设备的运行 那我们如何获得电能 那实际上在现实生活中 我们常提到火电的这个词 那火电实际上通过烧煤、煤的燃烧 或者某种燃烧物来产生能源 进而进一步发电 那另外还有通过风能、太阳能还有核能 来产生发电的过程 那这些实际上我们可以把它 归成能源的产生和能源设施 那在这里边可以有两个简单的概念 第一个就是不可再生能源 像用煤燃烧或汽油燃烧都是不可再生能源 那像风能、太阳能等等这些东西 都是可再生能源 或者有时候我们把它叫做绿色能源 那能源我们需要把它转化成电力 然后进行传输才能 满足我们千家万户的要求 那这张图实际上就是 我们摘自美国能源网站上的一张图 那电能通过电站发电来产生电能 通过变电站泵升到高压来满足传输的要求 那通过高压线的传输 经过传输和配电 那可以满足长距离电能的输送 那到达目的地以后再经过社区的变电站 再通过电线杆上的这种变压器装置 就能够满足我们用电设备的需求 进而进一步千家万户当中去 那这个过程就是一个配电的过程 那整个配电过程就会形成 Grid 的一个网格的概念 实际上我们就把它 通常来讲就是叫 Power Grid 那就是电能的技术或电网技术 那通过电网或者传输技术 那通过电网或者传输技术 才能把电能从我们的发电站 运到工厂、运到学校 弄到我们的千家万户当中去 那这就是我们如何获得电能 那这就是我们如何获得电能 包括电能如何传输的过程 那这张是从宏观的角度来理解电能的分布 那实际上我们知道能源 是产生于不同的部门、不同的地方 比如说美国能源网站公布的图 它有三个主要的区域 一个是东部区域 一个是西部区域，满足西部用电的要求 一个是德州，满足美国南部用电的要求 那实际上在我国也有这样的概念 大家知道我国西部 是风能和太阳能非常丰富的地方 那以前我们就提到过叫做西电东送 就是西部通过这种能源分布再加上长距离运输 满足东部高速经济发展的要求 那我们知道前面提到过 把电站产生的电压通过高压进行传输 这个高压实际上泵升到了 230kV 那 230kV 实际上我们知道 大部分用电设备都是没办法直接去用的 所以一定要经过转换才能满足这种要求 满足这种需用 那这是从宏观的角度 就是电网的概念 通过电网进行传输 那么从微观的角度 这是一个传统的服务器的母板图 我们知道一个服务器一定会需要 CPU 那需要 DDR Memory 那它也会有不同电压的需求 还有各种 CPU 的 3.3V 接口 那如何实现对于这种母板的供电 从微观的角度来讲 我们从交流电 120V 或者 230V 那通过 AC/DC 从交流转化成直流 得到一个 12V/800W 的一个能源变换 在这里就会形成一个中间总线的架构 那得到 12V 分布于整个板子 它可以直接满足于风扇的要求 再通过进一步的电源变换 满足 0.9V、满足 1.5V DDR Memory 满足 3V 接口的要求 那这是一个微观的配电的过程 那实际上这是非常常见的 就是我们在设计一个电源满足一个功率板 满足我们的一个用电装置的一种设计要求 就是叫做通过中间总线 I-B 的架构 来实现的 那各个最终的点，实际上我们叫做负载点 来满足我们各种负载对电能的一种要求 那最后我们进行关于电力电子技术这一块 进行一个简单的总结 那首先从输入源的角度来讲 我们可以从 AC 就是墙上的交流电插座 可以获得电能 那另外就是我们可以从电池去获得电能 另外还有就是 Wall Adapter 实际上就是 AC/DC 但是这个适配器是放在墙里边的 我们叫做 Wall Adapter 还有就是各种发电装置 还有就是我们的 PC 机的 USB Port 口 都是可以作为输入源 来满足我们电能变换的要求 那另外就是 Power Conversion 也就是电能变换电路 我们常见的就是 AC/DC 那从交流变直流的一个变化过程 另外就是 DC 到 DC 的变化过程 那另外我们生活中还会需要 DC 到 AC 那这个就是我们叫做 Inverter 是一个逆变的过程 那另外就是负载 那我们知道我们前面提到过 为了满足各种负载要求 实际上要经过了各种变换 那我们常见的负载 比如说我们各种电子设计 所用到的各种处理器 像单片机、FPGA、DSP 等等 那与真实世界相接的各种传感器 比如说温湿度传感器、压力变送器等等这些 另外就是显示装置、马达 扬声器、各种模拟电路组成 那从系统的角度来讲，像 ETC 那总体来讲电源的变换 就是从源到变换，到满足负载要求 这样一个过程 谢谢大家，这是我今天讲的第一部分