[科普中国]-低压电源

集成电路的速度和功率特性取决于电源电压。为了使电路在满足目标性能规格时可靠地工作，一个稳定的电源电压是必需的。在大多数电子系统(如计算机系统)中，存在着几个需要不同电压和电流的电路。为了向这些电路提供不同的电压、电流和额定功率，需要使用电压变换器，使得电压达到低压电源的要求，通常低压电源低于36V。

简介高低压电源有两种划分方式，一种是根据人的安全与否，即36v以下是低电压，36v以上是高电压；而更常用的一种划分方式是1kv（交流）以下的电压称为低电压，1kv以上的电压称为高电压。许多集成电路(如微处理器、数字信号处理器、动态随机存取存储器和静态随机存取存储器)在直流电源电压下工作。因此，在典型的计算机系统中，首先通过交流-直流变换器将应用系统的交流电压转变成直流电压。一旦得到一个直流电压，可通过DC-DC变换器产生系统中不同电路块需要的特定直流电压。

低压电源电路形式(1)低压电源构成

低压电源包括DC110V和DC24V电源，DC110V电源兼作蓄电池充电器。

DC/DC变流器供电有两种形式。一种是由辅助逆变器供电。所以实际上是DC/AC/DC间接变流器。另一种是直接由DC1500V或DC750V电网供电的变流器。

在城轨列车上DC24 V电源功率很小，一般只有1～2 kW，多数由DC110V供电，采用专用模块。

(2)间接DC/DC变流器

①单独变压器供电的DC/AC/DC变流器

三相降压变压器由辅助逆变器输出的AC380V供电。变压器降压后通过三相二极管或晶闸管整流桥及滤波器输出DC110V电压。

②辅助变压器次边绕组供电的DC/AC/DC变流器

辅助电源的变压器次边绕组，除了三相AC380V外，另有一组为DC110V供电的低压三相绕组。它的输出经二极管或晶闸管三相整流桥及滤波器输出DC110V电压。

以上两种电路的共同优点是电路简单，价格低。共同的缺点是：

a.输出电压脉动大，尤其是当采用晶闸管整流，虽然输出电压可根据蓄电池的电压和温度控制，但电压波形脉动大，则对滤波要求高。

b.低压电源依赖于辅助逆变器，一旦逆变器故障，也同时失去了对DC110V供电。

③辅助逆变器供电的高频DC/AC/DC变流器

电路如图3.92所示。辅助逆变器AC380V输出。经三相二极管整流桥整流后滤波，通过高频单相逆变器变换为高频交流电压，然后由高频变压器降压。再通过快恢复二极管桥整流，滤波输出DC110V电压。1

低压电源电路故障分析与检测典型故障低压电源电路图如图8-1示，当压敏电阻VAl击穿短路后，会引起熔断器FUSE过流熔断，产生控制板或整机不工作的故障。变压器T1的初级绕组内部的温度熔断器熔断，使T1不能输出12V左右的交流电压，低压电源也就不能产生12V和5V的直流电压，CPU和相关电路不能工作，产生整机不工作的故障。T1内的温度熔断器熔断，而温度熔断有时是由整流管D1～D4被击穿，或滤波电容C1被击穿引起T1的绕组因过流发热所致。

12V稳压器ICl不工作或5V稳压器IC2损坏不能输出12V或5V电压，导致CPU、操作显示电路不工作时，也会产生整机不工作的故障。同样，Q1、ZDl、R1组成的5V稳压器异常不能输出5V电压或输出的电压过低时，也会产生整机不工作的故障。ICI损坏后若没有同型号的稳压器更换，也可用LM7812更换：IC2损坏后可采用AN7805更换。

故障检测压敏电阻VAl过压损坏后，表面通常有裂痕或黑点，通过直观检查多可查出；若表面正常，通过用数字式万用表的二极管挡或指针式万用表的R×1D挡测压敏电阻的正、反向电阻的在路阻值是否正常，也可判断其是否损坏。

低压电源输出电压低或无电压输出有的是由电源本身异常所致，有的是由负载有元器件短路引起的。怀疑负载短路时可利用万用表电阻挡测该元器件供电端对地的阻值来确定，若阻值较小，说明该元器件短路。若短路点不好查找，可结合开路法，即分别断开单元电路的供电端子，再通过测供电端子对地电阻的阻值，就可查出故障点。2

低压电源调控与应用在负载电流和直流输入电源电压变化的情况下，为了满足使电路合格的性能和功能，电路的直流供电电压必须保持在一个严格的电压包络线之内。因此，供电电源不仅应该提供电压转换，也应提供电压调节。DC-DC稳压器可以从未调节的直流输入电压产生一个稳定的具有不同的电压幅度和(或)极性的直流输出电压。

对于不同的应用，电压变换器的功率显著变化。在电池供电的便携式应用中，负载的功率需量通常是几瓦；计算机和办公设备的供电电源可以提供几百瓦到几千瓦；在变速电动机驱动器中，负载所需的功率从几千瓦到几兆瓦不等；连接直流传输线路和交流公用系统的整流器和逆变器的功率级别可高达几千兆瓦。为了满足负载的电压和电流要求，用于电压转换的首选电路拓扑随着应用类型的不同以节能的方式改变。许多年来，针对各种不同的应用，已经开发出了许多可提供节能的电压转化的DC-DC转化技术。3

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所