電壓轉換器是許多技術系統的支柱。根據應用需求，所需的電源單元通過變壓器、整流器AC/DC轉換器實現。在高效開關電源尚未普及之前，幾乎只使用50 Hz變壓器解決方案。

　　電源考慮因素

　　電力幾乎完全以三相電流形式提供，系統電壓為10 ...30 kV~，在供電廠中，并以38 kV~的電壓長距離傳輸。電子直流電壓如5 V、12 V和24 V，通過變壓器從高傳輸電壓降壓至220 V~/230 V~電壓，經過整流、平滑和穩定處理。選擇電源的特征包括價格、可靠性、可用性、是否使用標準組件或特殊解決方案、所需功率、是否需要寬范圍輸入(110 V~ ... 230 V~)、是否帶功率因數、工作溫度、電磁兼容性(EMC)、效率、平均無故障時間(MTBF)、外形因素如尺寸、重量、插頭和安裝類型。

　　在1970年代，解決方案通常由50 Hz變壓器、橋式整流器和平滑組件組成，可能還包括下游U穩定。問題是，購置成本是否應該是購買決策的唯一決定因素?運營、維護和更換成本可能是不可忽視的因素。在僅24 - 36個月的運營時間內，使用更節能的解決方案是值得的。對于工業產品，折舊期通常為十年。然而，機器往往運行兩倍的時間。現在需要考慮的是，使用節能解決方案能否降低能源供應公司的運營系統成本。

　　許多電子設備需要穩定的直流電壓。能源通過交流電壓廠的供應和網絡傳輸。這意味著必須在使用點從交流電壓生成直流電壓。電壓生成方法既影響操作安全性也影響運營成本。

　　在引入高頻電源解決方案之前，這些解決方案現在隨著快速開關、低阻抗半導體的發展占據了主導地位，主要使用50 Hz變壓器、橋式整流器和平滑電容器將220 V~/230 V~市電電壓轉換為24 V和其他常用直流電壓。變壓器解決方案在初級(230 V~)和次級電路(例如12 V、24 V)之間實現電隔離。

　　由于變壓器通過橋式整流器和平滑電解電容器以特殊方式加載，因此在230V~初級電路中產生脈沖電流流動。

　　電表以有效值校準。脈沖電流流動導致電流的RMS值不同，盡管電荷載流子流動相同。

　　i = C * dU / dt (1)

　　i = dq / dt (2)

　　從方程(1)通過轉換得到：

　　i * dt = C * dU (1a)

　　在直流側，需要一定的功率或能量來執行工作。

　　dW = u * i * dt (3)

　　將方程(1a)的表達式代入方程(3)得到

　　dW = u * C * dU (3a)

　　如果兩邊積分，結果是

　　W(工作，勞動，能量)= ∫dw = C * ∫UdU = ? * CU2 W = ? * C*U2 (4)

　　從公式中的電壓平方可以看出，能量或工作與電壓不成線性關系。波峰因數ξr = ? / Ieff越高，電費越高。

　　能量，工作

　　W = P * t (5)

　　電容器，蓄電池現在可以通過各種方式填充，即‘填充’電荷載流子(q)。在此背景下，特別感興趣的是交流側所需的能量。

　　示例：在直流側，需要電壓U = 24V的電功率P = 50W。存儲單元(電池)中的能量應足以支持t = 24h的運行時間。

　　E = 50W * 24h = 1’200Wh (6)

　　電流I計算如下：

　　I = P/U = 50VA / 24V = 2.08A (7)

　　電池的存儲容量為C = 2.1A * 24h / 24V (8)

　　電池中的電荷：Q = I * t = 2.08A * 24h = 50 Ah (9)

　　此電荷必須由交流電壓源提供。此外，交流電壓源還必須提供電路組件中的損耗。為了清晰起見，這些損耗將被忽略。

　　充電時提供的電荷量必須相同，無論是直流還是交流正弦電流(整流值)和脈沖電流(紅色)，否則電池、蓄電池和電容器將以不同的速率充電。電荷的表面積必須相同。

　　Q = I * t 直流電流

　　Q = 2 * ? / π 橋式整流器后的正弦波

　　Q = iRE * tp tp = T/12 對于帶有平滑電解電容器的橋式整流器，典型的電流流動角度為Φ = 30°。

　　然而，為了將相同的電荷量傳輸到24 V直流電壓側，必須在交流電壓側施加不同量的工作(能量)。

　　為了僅比較波形的影響，充電時間(t)必須設置為相同值。

　　一次完整充電的能量

　　a) 直流電流 E = 24 V * 2.08 A * 24 h = 1,200 Wh

　　b) 交流電流正弦波形

　　P = UEeff * IEeff = 50 W(變壓器、整流器中無損耗)

　　次級側適用：

　　Q = 50 Wh ? ? = 50 Ah/24h = 2.083 A * π / 2 = 3.25 A

　　這導致 IAeff = ? / √2 = 2.31 A

　　UE,eff = 230 V~ ? IEeff = 50 VA/230 Veff = 0.217 A

　　c) 如果能量以脈沖形式傳輸到次級直流電壓側，則結果如下：

　　所需的電荷 Q = 50 Ah

　　iRE,puls =? ? I = 1/T ∫ iRE,puls * dt

　　iRE,puls = 6 * I 因為電荷載流子傳輸每半個正弦波在T/12進行，即每完整正弦輸入振蕩兩次。因此，電流必須大6倍，以便在T/6的周期持續時間內將相同的電荷量傳輸到次級側。

　　輸入電流的有效值，也是計費的，計算如下：

　　TEeff2 = 1/T ∫(6*I)2dt = 1/T * 36 * T/6

　　這導致 Ieff,puls = √6 = 2.45 倍更大。

　　因此，波峰因數為：ξr = ? / Ieff = 6 * I / √& * I = √6 = 2.45

　　在10 W到75 W功率范圍內的許多市電應用中，當使用輸入中包含非線性組件(如橋式整流電路)的消費者設備連接到230 V~市電時，經常會出現高能耗成本，而這些成本往往未被察覺。對于此類設備，所謂的功率因數λ通常僅在0.3到0.6之間。由于能源供應公司的電表以有效值校準，因此確保消費者設備的能源消耗效率非常重要。否則，這將很昂貴。只要電能成本為5 - 6美分，這種考慮就不那么重要。但以目前的成本20美分/kWh以上，這是浪費的錢。

　　由于積分在底部和頂部邊界內進行(電流流動示例在60°到90°之間，相對于2個正弦半波為T/12)，這意味著在一個完整周期T內進行兩次。

　　因此，iRE,puls將比I高6倍，以實現向次級路徑的相同電荷傳輸。

　　假設能源成本：20美分/kWh

　　在以下假設下計算：

　　ξr = 2,22 o. 功率因數 PF = 0.45 和 365 * 24h 運行時間

　　η = 0.92

　　ξr o. PF = 功率因數;λ = 實際功率/視在功率

　　η = 效率

　　開關模式電源的差異

　　具有正弦電流消耗的開關模式電源可以在這里提供幫助。然而，它們的工作方式有所不同。經典解決方案是一個升壓轉換器，由存儲扼流圈、mosfet、整流二極管、平滑電容器和IC電路組成，以及各種附加組件，最初從整流市電電壓生成大約380 V ... 400 V DC的中間電路電壓。下游DC/DC轉換器，也在高頻操作f ≥ 50 kHz，然后生成所需的次級電壓5 V、12 V 24 V，與市電側電隔離，短路和開路保護。

　　然而，Grau Elektronik電源單元使用PFC變壓器解決方案，遵循正弦輸入電流曲線，因此具有低波峰因數和高功率因數λ，最大限度地減少了電路組件。通過使用瞬態抗性組件，還可以處理t <= 0.1msec的1.6 ... 2.3 * UE,nenn的市電瞬態。

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