电源技术培训资料.ppt

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1、,1,长虹欣锐介绍,开关电源的基本原理与应用,基础性培训资料,研发中心 赵田才,2011-8-22,目 录,开关电源的基本概念和分类 开关电源设计的要点和平板电视电源的趋势 开关电源的一般拓扑结构 PDP-TV电源的基本原理 平板电视电源的主要测试指标 开关电源系统排版的基本要求 中国强制认证-CCC 电源的EMC设计和对策 电源的安全设计,开关电源的基本概念和分类,1、电源的重要性：电源就如人的心脏，是所有用电设备的动力； 2、开关电源的概念：凡是半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变成为另外一种形态的主电路都叫做开关变换器电路，转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节成为开关电源（SM

2、PS：Switching Mode Power Supply ）; 3、离线式开关变换器（Off-Line Switching Converter）:是AC-DC变换，也常称做开关整流器，它不单指整流的意义，而且整流后又作了DC-DC变换；AC（alternating current），DC（direct current）； 4、PWM开关变换器：凡是采用脉宽控制方式控制电子开关的的开关变换器；,开关电源的基本概念和分类,开关电源的分类： 1、按照控制方式分为：PWM方式、谐振方式和二者结合方式； 2、按照是否采用变压器隔离可以分为:隔离式和非隔离式 3、按照拓扑结构可以分为：BUCK、BOO

3、ST、RCC（反激）、HB（半桥）、FB（全桥）等； 4、按照激励方式可以分为：自激式和他激式； 5、按照谐振方式可以分为：电压谐振式和电流谐振式；,开关电源设计的要点和平板电视电源的趋势,确保设计的可靠性： 验证余量 验证参数 分析和排除故障： 高效率、低噪声： 成本最优化: 满足标准: 安全 质量,薄型化：LCD电源板上高度已经低于8mm；PDP电源板上高度已经低于17mm； 高效率：目前的整个电源系统可以实现83%以上的效率； 低待机功耗：专用模块已经实现低于0.1W的水平，一般在0.5W以下； 高可靠性：MTBF(平均连续无故障时间)10万小时； 低成本：单体电源的单位功率价格小于0.

4、5元；,开关电源的基本拓扑结构,1、BUCK拓扑(降压式变换电路)：,重要公式:Vout=DxVin Vout=Vin-Ldi/dt(开关管打开时),开关电源的基本拓扑结构,2、BOOST拓扑结构(升压式变换电路):,重要公式: Vout=Vin+Ldi/dt,开关电源的基本拓扑结构,1、PF的定义：在交流电路中，电压与电流之间的相位差()的余弦叫做功率因数，用符号cos表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cos=P/S 2、PFC技术：为了解决输入电流波形畸变和降低电流谐波含量，开关电源需要使用功率因数校正（PFC）技术。PFC技术使得电流波形跟随电压波形，将电流波形校正成

5、近似的正弦波。,未加PFC电路电网输入电压电流波形,应用：以PFC(Power Factor Correction)技术为例,开关电源的基本拓扑结构,典型的PFC控制模式DCM模式,开关电源的基本拓扑结构,1、一种峰值检测PFC控制框图,开关电源的基本拓扑结构,2、RCC（反激拓扑结构）,开关电源的基本拓扑结构,3、RCC（反激拓扑结构）-电流流向、波形1,开关电源的基本拓扑结构,3、RCC（反激拓扑结构）-电流流向、波形2及全周期波形,开关电源的基本拓扑结构,4、LLC（谐振半桥拓扑结构串联谐振方式）,在负载较重时原边电流看作近似为正弦波,高次谐波可以忽略，只有基波的能量传到整流器 负载较轻

6、时，IIN为非正弦波，基波和高次谐波的能量一起传到整流器,1、输入特性：,待机功率：在220Vac输入下,输出功率470mW下，输入功率1W,PDP-TV电源的基本原理-电源基本技术规格,2、输出特性：,注：1、整机最大输入功率：在输入电压100Vac240Vac,总输入功率450W；,PDP-TV电源的基本原理-电源基本技术规格,PDP-TV电源的基本原理-电源图片,PM50H2000模组用开关电源-HSP400-5S01,HSP400-5S01电源原理图,PDP电源的时序要求,1、遥控开关机时序要求：,PDP电源的时序要求,2、交流开关机时序要求：,平板电视电源的测试-开关电源的测量,控制

7、 电路,线电压,VDS (Sat),线电流,VON,VGS,浪涌电流,纹波电流,浮地测量,关断特性,纹波电压,VDS X IDS = Power,线电流谐波,功率因素,测量参考地,有功功率,视在功率,平板电视电源的测试-电源电性能测试系统,备注：电源测试时的隔离：在进行电源初级端测试时需要用隔离变压器进行隔离，以免造成危险；,平板电视电源的主要测试指标-输入特性,输入电压范围（Input Voltage Range ） ：电源系统允许的供电系统（市电）提供的电压变化的范围； 工作电压范围（ Operation Voltage Range）：电源系统在额定负载下符合客户标准要求下的电压范围； 输

8、入频率范围 （Input Frequency Range） ：供电系统（市电）提供的电源频率的范围，一般在47Hz-63Hz； 最大输入电流 （Maxium Input Current） ：电源系统在最低输入电压和最大负载下的平均输入电流； 最大冲击电流 （Maxium Impact Current）：一般是指用电器给电一瞬间在其内部产生的最大电流； 电源效率（Power Supply Efficiency）： 在一定的输出负载下，电源的输出功率与输入功率之比； 功率因数（Power Factor） ：在交流电路中，电压与电流之间的相位差()的余弦叫做功率因数，用符号cos表示，在数值上，功率

9、因数是有功功率和视在功率的比值，即cos=P/S ; 待机功耗(Stand-by Input Power)：在额定输入要求下整机处于待机时电源的输入功率；,开关电源的主要测试指标-输出特性,最大输出功率 (Maximum output power)：各输出部分最大功率的总和； 额定输出功率(Output Power Rating)：电源可以在一定的环境温度下，持续的输出的一定的功率，要求输出电压、纹波等指标满足标准，转换效率没有剧烈变化，MTBF数值也满足一定的水准。 负载调整率(Load Regulation): 当负载从最小变化到最大，其它参数保持恒定时电压的变化率，百分比表示的输出电压的

10、变化。 交叉调整率（The definition of cross-regulation）：多路输出电源中由于其中一个负载变化时引起的其他电压的变化率。 最大纹波电压(Maximum Ripple Voltage):在额定输出电压和负载电流下，输出电压的纹波（包括噪声）的绝对值的大小，通常以峰峰值或有效值表示。 输出电压的保持时间(Holding Time Of Output Voltage ) ：当输入电压关断后，某一输出电压下降到额定值的90%（或者70%）所经历的时间。 开关机时序（Timing Sequence Of Power On-off）：整机开关机过程中电源各输出电压启动或者关

11、断需要遵守的时间要求。,开关电源的主要测试指标-保护特性,欠压保护（ Under Voltage Protection ）:包括输入欠压保护、输出欠压保护，开关电源电路的一个特征，在输入输出端出现不正常的低电压时保护开关电源和负载； 过压保护（Over Voltage Protection）:包括输入过压保护、输出过压保护 ，开关电源电路的一个特征，在输入输出端出现不正常的高电压时保护开关电源和负载； 过流保护（Over Current Protection）:当输出电流超过设定电流时候，设备自动断电，以保护设备。 过载保护（Over Power Protection ）：指电源的负载继续上升

12、，达到某个点了电源就自动断电，以免出现过流损坏电源或者电脑的其他部件。 OPP 值通常是额定功率的 1.3 倍左右。 短路保护（Short-circuit Protection ）：一种极端的过载保护，当电源输出端出现短路时，电源系统自动关闭，保证相关（主要）器件不损坏的一种保护。,开关电源的主要测试指标-安全特性,绝缘阻抗（Insulation Resistance） ：某绝缘体阻挡到底是多少 ，特别是在高压下，容易存在击穿等现象，使得物体阻抗突然变化， DC 500V100M 欧 ； 绝缘耐压（ Insulation Voltage）：可连续(例1分钟)加到输入端和输出端，输入端和底板，输

13、出端和底板之间的最大交流或直流电压。一般输入端和输出端之间的绝缘电压可达3000Vac ； 安全距离 (Safe Distance ):为了防止人体触及或接近带电体等造成的危险，在其间所需保持的空间距离。 漏电流 (Sink Current )：开关电源中为了减少干扰，按照国标，必须设有EMI滤波器电路。由于EMI电路的关系，使得在开关电源在接上市电后对地有一个微小的电流，这就是漏电流。电源一次侧和二次侧之间在标准输入电压要求下所流过的电流值； 温升测试(Temp-rise Check)：在环境温度保持一定的情况下，对于被测物体的温度进行测试并进行换算的一种测试；,开关电源的主要测试指标-电磁

14、兼容特性,电磁干扰测试（EMI Check)： 传导测试： 辐射测试： 谐波电流： 电磁抗干扰测试(EMS Check)： 浪涌试验： 射频电磁场辐射抗扰度： 射频场感应的传导骚扰抗扰度： 静电放电试验： 。 以上试验都属于型式试验。,开关电源的主要测试指标-其他特性,可靠性测试（Reliability Check）： MTBF（Mean time between failures）：在开关电源保持其电气特性和合理的平均故障间隔时间的时间。用小时表示的开关电源的故障率，通常在25和良好接地环境中用MIL-HDBK-217F计算。 降额设计：为了提升电子设备的可靠性而常用，主要是指构成电子设备的

15、元器件使用中所承受的应力（电应力和温度应力）低于元器件本身的额定值，以达到延缓其参数退化，增加工作寿命，提高使用可靠性的目的。 温升测试（Temp. Rise Check）：针对电源系统中关键器件或者组件的温度测试，主要是考量电源产品的安全性和可靠性。 高低温冲击测试(High-low Temperature Impact Check )：模拟温度瞬变下进行的例行试验，保证器件不出现性能下降或者开裂等现象。当然不同的系统要求有很大的差别。 工作环境(Operation Ambient) ： 周围温度（Ambient Temperature）: 目标温度和SMPS周围静止空气的温度，在距离电源最小为100mm处测得。 根据MIL-STD-810E: 除了必要的支撑点，测试单元应完全出于空气的包围中。周围空气的温度梯度应为测量温度的2之内且不超过1每米。 风道测试（Air Passage Check）: 根据电源系统所处环境的空气对流情况进行的模拟测试，一般采用烟道法、蒸气法等，最终确定风道设计是否合理。,开关电源PCB排版的基本要求基础知识,1、何为PCB：（Printed Circuit Board ）印刷电路板：简单的说就是置有集成电路和其他电子组件的薄板。 2、分类： 1）根据电路层数分类：分为单面板、双