各式电源器材的功能分类


  看了上述种种的电源问题,您一定会开始审思,自己家里的电源是否也有相同问题正在发生?一般而言,电源干扰噪声的传播途径可分为下列二大类:

  一、普通模式(Normal Mode):简称通模,指的就是二组输入电源线之间的噪声。这些噪声大多是由开关动作或者是静态功率转换器等干扰所造成,当这些干扰与正常讯号重叠在一起时,器材组件是无法分辨的,因为正常讯号也是以通模的状态存在。

  二、共通模式(Common Mode):简称共模,指的是电源与接地之间的噪声。这部分噪声的起因多数是因为接地设计不良、雷击、广播无线电、马达电磁或者是接地故障等种种因素所引起。

  这二类模式是以噪声干扰的传播途径而区分,通常我们又会将其归类为电磁干扰(EMI,Electromagnetic Interference)与射频干扰(RFI,Radio Frequency Interference)等。一般家里会发生的电源问题,大致就是电磁干扰、射频干扰、电源稳定度等问题。想要解决这些问题,光靠音响器材内部的电源线路通常不够,因此才会有电源处理器材因应而生。但是,每位音响迷家中所遇到的问题都不尽相同,市面上的电源处理器材种类又相当多,因此该如何选购一部适合的电源器材,甚至自己到底应不应该增购这一类产品,也就是我们这次「彻底研究」的目的。接下来,我们将各种经常碰到电源问题整理出来,使读者能更简单易懂的进一步认识电源处理器。

  电源处理器材常见的种类

    目前市售的电源处理器材,功能不外乎突波吸收器、电源滤波器、隔离变压器、电源稳压器等四种。它们个别负责不同的功能与作用,介绍如下。

  突波吸收器(Surge Absorber)

    突波吸收器的主要作用,是用来抑制过高的突波电压。正常状况之下,电力公司所输送到用户家中的电源电压应为110V,但是在某些状况下会在瞬间出现高过正常的电压值,像是遭遇雷击或电力系统故障等因素。虽然电力公司设有保护措施,但因其反应速度与保护程度有一定的极限,因此还是有一些突波可能会在瞬间传送到用户家里。另外,电力公司的这些保护装置在「作动」与「复置」的瞬间往往也会产生一些突波,还有像是家里的电源开关在动作的瞬间,同样也会有突波产生。

    这些不正常的突波,虽然都只是在瞬间发生,但是过程中的电压、电流往往高过正常值甚多,严重时足以破坏家中的许多电器产品,尤其像是计算机、电视与音响设备等,因为这些家电产品的工作电压相对较低,所能够承受突波的能力也就相对不足。突波吸收器依动作原理、特性可分为下列三类 ─

    一、间隙式突波吸收器:大多适用于避雷功能,吸收电流范围在500A─500KA之间。

    二、半导体式突波吸收器:可分为O Varistor(吸收电流范围200A─20KA)、SiC Varistor(吸收电流范围100A─10KA)、Se Surge Absober(吸收电流范围10A─1KA)、双向稳压二极管(吸收电流范围1A─50A)。

    三、滤波式突波吸收器:分为CR(电容加电阻,吸收电流范围1A─50A)与CL(电容加电感,吸收电流范围10A─1KA)二种电子电路,这也是音响电源处理器最常见的突波吸收装置。

  电源滤波器

    电源滤波器主要是用来消除电源里面的噪声,这些电源噪声会影响音响器材的声音表现,一般说法认为它会使音质、音场定位的效果大打折扣。通常滤波器是利用电容与电感合成一组选择电路(LC),允许特定频率的讯号通过,对于非特定频率的讯号则予以衰减或阻挡。最常被采用者为EMI滤波器,它对于50KHz以上噪声有比较良好的滤除效果,而噪声衰减量的规格值约只有40dB左右。它的缺点是遇上大振幅的突波噪声时,易使电感线圈因饱和而降低其噪声衰减特性,不过当串联多只EMI滤波器使用时效果将可因此改善。这次介绍的电源处理器材中,只要是针对滤波功能设计的产品都是采用这种方式。另外,电源滤波器使用时记得一定要接地,如此才能发挥其效能。

  隔离变压器

    隔离变压器一般泛指为防止噪声用变压器的总称。电源在进入各类电器产品之前,虽然会先经过电源变压器,但是高频噪声仍然可以藉由变压器初级与次级线圈间的电容效应、磁性耦合或辐射等方式通过次级,再进入电器产品的线路内。因此,要想防止噪声干扰的最简单又有效之方法,便是使用隔离变压器来加以隔绝。在各种噪声滤除的电源器材中,隔离变压器的效果是最好的,因为隔离变压器除了能消除电源、日光灯激活器、空中各种射频的噪声外,它对于电源开关瞬间突波也有很好的滤除效果,只是滤除频率和前述的「电源滤波器」不尽相同。

    隔离变压器如果以隔离特性来区分,可分为下列三种:

  一、绝缘变压器:这是在初级与次级之间加上一层特殊的绝缘体,藉以将初级传导至次级的噪声予以适度衰减。不过,这种方式并无法将所有的噪声隔绝,像是电源的开关动作等通模干扰便无法滤除。

    二、屏蔽变压器:除了具备有绝缘变压器的构造外,在初级与次级线圈外围又利用金箔纸等绝缘材料予以包覆,藉以降低二线圈绕组之间的电容效应。与绝缘变压器作比较起来,屏蔽变压器对高频干扰的特性虽然更优异,但依然还是无法去除通模噪声。

    三、噪声滤除变压器:也就是除了上述的静电屏蔽外,又在最外围加上电磁屏蔽。噪声滤除变压器能有效的隔绝共模干扰,但是对于随市电传导而来的通模干扰,仅有衰减能力。噪声滤除变压器的铁蕊,与一般的电源变压器并不相同,它的时效透磁率经过特别的设计,使其在某一特定频率(数KHz)以上时会骤然下降,所以在这个特定频率以上的噪声会被相对的衰减,频率愈高衰减量愈大。如果能与LC滤波器串联使用,效果将会更佳。在这次介绍试听的器材中,针对隔离作用设计的产品便是此例。

    根据长期研究变压器的坚新电子吴先生表示,各式变压器的效能与铁蕊(Core)形式并无绝对关联,也就是说无论是EI、C、R或环型等各型铁蕊,无关效能的取决。铁蕊的形式只会牵涉到尺寸大小与磁场,像电视机多是采用R-Core的变压器,原因就在于其体积可以做得极为扁平,并同时可使其磁场不至于影响到阴极射线管(CRT)。真正影响效能的是铁蕊的材质,镍钢片的材质愈好则效率也就愈高。

  电源稳压器

    电源稳压器的主要作用为提供恒定电压,供给电器产品之用。常见的交流稳压器大略可分为感应式、接头变化式、磁饱和式、相位控制式、线性补偿式等五大类,其中又以相位控制式最为易见,它是利用SCR以及TRIAC等电子组件的独特导通特性,以相位控制方式控制其闸极之导通角度,以达到稳压的目的。它的最大特色是整个控制流程皆为电子电路,另外,由于它的输出波型并不是正弦波,因此需外加滤波器才可使输出波形为正弦波。虽说大部份电器产品(包括Hi-End音响)都有稳压,这次介绍的某些电源处理器更宣称有市电稳压的能力,不过若是以上述严苛角度来评断「稳压」的定义,对不起,它们都没沾上边。

  关键与认知

    对音响发烧友而言,各种形式、作动原理的电源处理器材,都只为一个目的而存在 - 那就是如何使音响器材发出更好听的声音。这个目的说难其实一点也不难,说简单也未免太小看电源对音响器材的影响了!虽然电源处理器材多只是由一堆镍钢片、漆包线、电阻、电感、电容与绝缘材质所共同构成,但是这些组件对效率的高低与噪声滤除的效能,都有决定性的影响。当然,除了材质外,其它像是线圈的绕置、镍钢片的固定方式、绝缘材质的位置及数量、组件电路设计与配置等等,也都是优劣的重要关键。我们并不希望见到读者们花了大钱,又没有得到自己预期想要达到的效果,而是应该在看了本期「彻底研究」之后,对电源的问题与相关处理器材有更进一步的认识,再进一步讨论自己是否需要,或是应该选购哪一类电源处理器才是。


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