電源技術基礎 (1) - 電源的基本認識

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大家好,我是JJZ 是德州儀器的產品培訓經理 今天我給大家來講述 電源技術基礎在線培訓課程 那第一部分是電力電子技術基礎 那為什么我們特別關心電力電子技術 我們知道我們日常生活中 離不開各種用電設備 比如說我們經常需要看電視 那看電視需要電能 那我們在工作中需要處理郵件 我們的電腦那也離不開電能 那么我們每天去哪里都機不離手的手機 那也是我們在生活中都離不開的 這個手機也是需要每天充電 進行電能的補充 那沒有電能的話我們會想到的是什么 第一個感覺我們就回到了原始時代 比如說像通過蒸汽來驅動的蒸汽機 那像汽車通過燒炭來讓它跑起來 另外就像各種手搖的設備 所以我們可以說電能或者電力電子技術 讓我們現在的生活能夠 使各種電能滿足我們各種用電設備的需求 使我們滿足生活的各種方方面面 那什么是電力電子技術 那電力電子技術 首先我們要講幾個非常基礎的概念 第一個是功率的概念 什么是功率 我們知道當我們在一個導體施加 或者半導體上施加一定的電壓 那一定會有電流流過 那么功率的概念就是電壓乘以電流 就是得到我們功率的概念 電壓乘以電流 就是我們通常所說的功率的概念 那么所謂電能實際上 是在功率的基礎上對一定時間進行累積 就是電能 那從計算公式來表達的話 就是功率乘以時間 那它實際上在這里邊有幾個單位的概念 電壓通常來講我們是用伏和伏特 電流是用安和安培 功率就是瓦,就是瓦特 那么功率乘以時間 那么我們在生活中常常提到什么一度電 那一度電的概念就是 一個用電設備一千瓦的用電設備 在一個小時內所消耗的電能 就是一度電的概念 那現在電力電子技術用在哪里 那實際上就像前面提到的 它在生活中離不開在各個方面 那我們生活中常用的 各種電子馬達、揚聲器 我們進行電子設計的單片機、微控制器 包括 FPGA、DSP 等等各種傳感器 各種顯示裝置 以及各種模擬電路 這些東西都是我們需要 進行電力電子裝置、進行變換 我們可以講 電源裝置、電源設備、電源變換裝置 在所有的用電設備里 都是需要的、無所不在的 所有我們周圍的環境全部都是用于 所有的用電設備都是有需要 有一定的電源和功率的變化 來滿足這種用電設備的運行 那我們如何獲得電能 那實際上在現實生活中 我們常提到火電的這個詞 那火電實際上通過燒煤、煤的燃燒 或者某種燃燒物來產生能源 進而進一步發電 那另外還有通過風能、太陽能還有核能 來產生發電的過程 那這些實際上我們可以把它 歸成能源的產生和能源設施 那在這里邊可以有兩個簡單的概念 第一個就是不可再生能源 像用煤燃燒或汽油燃燒都是不可再生能源 那像風能、太陽能等等這些東西 都是可再生能源 或者有時候我們把它叫做綠色能源 那能源我們需要把它轉化成電力 然后進行傳輸才能 滿足我們千家萬戶的要求 那這張圖實際上就是 我們摘自美國能源網站上的一張圖 那電能通過電站發電來產生電能 通過變電站泵升到高壓來滿足傳輸的要求 那通過高壓線的傳輸 經過傳輸和配電 那可以滿足長距離電能的輸送 那到達目的地以后再經過社區的變電站 再通過電線桿上的這種變壓器裝置 就能夠滿足我們用電設備的需求 進而進一步千家萬戶當中去 那這個過程就是一個配電的過程 那整個配電過程就會形成 Grid 的一個網格的概念 實際上我們就把它 通常來講就是叫 Power Grid 那就是電能的技術或電網技術 那通過電網或者傳輸技術 那通過電網或者傳輸技術 才能把電能從我們的發電站 運到工廠、運到學校 弄到我們的千家萬戶當中去 那這就是我們如何獲得電能 那這就是我們如何獲得電能 包括電能如何傳輸的過程 那這張是從宏觀的角度來理解電能的分布 那實際上我們知道能源 是產生于不同的部門、不同的地方 比如說美國能源網站公布的圖 它有三個主要的區域 一個是東部區域 一個是西部區域,滿足西部用電的要求 一個是德州,滿足美國南部用電的要求 那實際上在我國也有這樣的概念 大家知道我國西部 是風能和太陽能非常豐富的地方 那以前我們就提到過叫做西電東送 就是西部通過這種能源分布再加上長距離運輸 滿足東部高速經濟發展的要求 那我們知道前面提到過 把電站產生的電壓通過高壓進行傳輸 這個高壓實際上泵升到了 230kV 那 230kV 實際上我們知道 大部分用電設備都是沒辦法直接去用的 所以一定要經過轉換才能滿足這種要求 滿足這種需用 那這是從宏觀的角度 就是電網的概念 通過電網進行傳輸 那么從微觀的角度 這是一個傳統的服務器的母板圖 我們知道一個服務器一定會需要 CPU 那需要 DDR Memory 那它也會有不同電壓的需求 還有各種 CPU 的 3.3V 接口 那如何實現對于這種母板的供電 從微觀的角度來講 我們從交流電 120V 或者 230V 那通過 AC/DC 從交流轉化成直流 得到一個 12V/800W 的一個能源變換 在這里就會形成一個中間總線的架構 那得到 12V 分布于整個板子 它可以直接滿足于風扇的要求 再通過進一步的電源變換 滿足 0.9V、滿足 1.5V DDR Memory 滿足 3V 接口的要求 那這是一個微觀的配電的過程 那實際上這是非常常見的 就是我們在設計一個電源滿足一個功率板 滿足我們的一個用電裝置的一種設計要求 就是叫做通過中間總線 I-B 的架構 來實現的 那各個最終的點,實際上我們叫做負載點 來滿足我們各種負載對電能的一種要求 那最后我們進行關于電力電子技術這一塊 進行一個簡單的總結 那首先從輸入源的角度來講 我們可以從 AC 就是墻上的交流電插座 可以獲得電能 那另外就是我們可以從電池去獲得電能 另外還有就是 Wall Adapter 實際上就是 AC/DC 但是這個適配器是放在墻里邊的 我們叫做 Wall Adapter 還有就是各種發電裝置 還有就是我們的 PC 機的 USB Port 口 都是可以作為輸入源 來滿足我們電能變換的要求 那另外就是 Power Conversion 也就是電能變換電路 我們常見的就是 AC/DC 那從交流變直流的一個變化過程 另外就是 DC 到 DC 的變化過程 那另外我們生活中還會需要 DC 到 AC 那這個就是我們叫做 Inverter 是一個逆變的過程 那另外就是負載 那我們知道我們前面提到過 為了滿足各種負載要求 實際上要經過了各種變換 那我們常見的負載 比如說我們各種電子設計 所用到的各種處理器 像單片機、FPGA、DSP 等等 那與真實世界相接的各種傳感器 比如說溫濕度傳感器、壓力變送器等等這些 另外就是顯示裝置、馬達 揚聲器、各種模擬電路組成 那從系統的角度來講,像 ETC 那總體來講電源的變換 就是從源到變換,到滿足負載要求 這樣一個過程 謝謝大家,這是我今天講的第一部分
課程介紹 共計4課時,40分26秒

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