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1、开关电源基本知识营销部学习资料）课程内容】：1. 电力系统简介2. 交换式电源（以下简称SMPS ）之简介3. SMPS 常用之架构4. 常见之规格内容及名词解释5. SMPS 的设计流程简介6. SMPS 制造流程7. SMPS 测试设备8. 与电源供应器相关的名词解释9. 电子零件专有名词翻译1. 电力系统简介：1.1. 电能分类：1.1.1直流电（DC ）：上课时，口述解释。1 . 1 . 2 .交流电（ AC ）：上课时，口述解释。1.2. 市电说明：由发电机产出的电力，一般称为市电。（日常生活中，电力公司为市电的供货商）市电供应以交流电（AC）为主，市电的交流电规格依各国家不同而有所
2、分别，例如：（a）.美国、加拿大与台湾：其市电规格为115Vac/60Hz（b）. 日本：其市电规格为 100Vac/60Hz。（c）.英国、澳洲等前大英国协之国家：其市电规格为240Vac/50Hz（d）. 其它如欧洲共同市场、中国大陆等：其市电规格为230Vac/50Hz（e）.环球通用规格（Universal Input为了要满足全世界各国的市电需求，我们定义出一个适用于全世界界的市电规格，其范围如下： 电压规格：90Vac264Vac 频率规格：47Hz63Hz 依此环球通用规格所设计出来的产品，可以于全世界各国使用，不会受限于各国市电的电 压与频率的差异2. SMPS 之简介：2.1
3、. SMPS 之用途：所有使用到电的产品，都需要电源供应器；以日常生活为例：2.1.1. 在家里,看书时，打开 电子式日光灯 或 电子式台灯；刷牙时，充电式电动牙刷之 充电器；用电磁炉或 微波炉加热早餐；出门搭电梯下楼2.1.2. 进入办公室时，2.1.3. 进到工厂时，放眼望去，SMD设备，自动插件机，量测仪器等等。 可说需用到电的产品，就是 SMPS 的可能用途。一般而言，各产品的规格要求会随着用途，有极大的设计与成本差异。2.2. SMPS 也会因为使用的周围环境温度范围，而区分不同的等级： 商业用(040 C)： 一般日常生活所使用的SMPS，如计算机、复印机中所使用者。 工业用(-2
4、071 C)：工业产品所使用的SMPS，如SMD机器、CNC机器中所使用者。 军事用(-40125 C)：军事用途，如飞弹、战舰、坦克中所使用者。 所以一般我们选用的电子零件，也依其温度范围就可分为： 商业用电子零件： 0 C 70 C 工业用电子零件： -25 C 85 C 军事用电子零件： -40C 130 C 当然，不同的温度范围，所选用的零件就不相同，其价格当然也不同2.3. SMPS 一般种类可分为：2.3.1AC to DC：常用于日常生活中，如计算机与其周边、笔记型计算机、无线电话机、充电器等。2.3.2DC to AC (又称Invertdr如笔记型计算机与液晶显示器中所使用的
5、灯管所需的电源等。2.3.3DC to DC：为直流电转直流电，上课时，口述解释。2.3.4AC to AC：如变频器、电子式安定器等。3. SMPS 常用之架构：3.1. 名词解释：3.1.1 输入/输出 隔离(Input/0utput Isolation(a) . 非隔离的环境(Non-Isola tion所使用之产品，自己形成一个系统，其输入与输出共地，不会与其它的系统联机，而且接地良 好，不会因漏电而对使用者造成危险。(b) .隔离的环境(Isolatihn用专业术语来说就是输入与输出不共地。(i) . 各独立系统联机考虑：例如：两部计算机的输入电源可能来自于不同的电力系统，故其基础的
6、电压准位不一定相 同，如果使用非隔离的电源，若因电压准位不同时，将会造成信号错乱，而且会有因两部 计算机地的电位不同，造成两部计算机间大电流流动，而使保险丝烧毁或产生其它危险。(ii) . 安全考虑：一般市电均由外部的电力传输系统来提供电力，但发生打雷或其它不可预期的状况时，可 能会有具大的能量从电力传输系统传输至SMPS，此乃非常危险的情形。故一般只要是接到 市电的SMPS，都会采用隔离的环境(Isolati)以强化对使用者的保护。3.2. 电路架构简介：3.2.1. 主要使用之电路架构：(a) .线性式(Lineal：目前亚源无此类产品。此为目前最便宜的架构，主要原理：(i) . 以低频变
7、压器作市电与输出的隔离。(ii) . 以线性消耗的方式作输出电压的稳压。(iii) . 优缺点说明： 优点：便宜，10W以下的机种，不到PWM式的一半价格。 缺点： 因使用低频变压器，故重量重、体积大。 使用线性消耗的方式作输出电压的稳压，故效率差。(b) .脉波宽度调变式(PWM )：此为目前亚源所使用的主架构。主要原理：(i) . 脉波的宽度随着负载的大小与输入电压的高低而变。(ii) . 如水库的闸门一般，当用水需求量大或储存的水位高时，闸门开得大；用水需求量小或 储存的水位低时，闸门开得小。(iii) . 使用高频振荡的设计做能量传递。(iv) . 优缺点说明： 优点：体积较小且效率高
8、。 缺点：价格较高且有EMI的问题。(c) . 共振式： 大功率输出所用的主架构。主要原理：(i) . 以 LC 的自然共振，降低电压与电流的值，以减少交换损失，提高效率。同时减少 dV/dt 与 dI/d，tEMI 干扰较弱。(ii) . 优缺点：比 PWM 还要高频的方式来工作，故体积小。 EMI 好。但是价格高。3.2.2非隔离式 DC to DC (Non-Isolation D/的设计：(a). 降压式(Buck)当输入电压比输出电压高时，如笔记本计算机中，将5V转成3.3V：(b). 升压式(Boost)：当输入电压比输出电压高时，如电击棒中，将9V升高为1000V+VniGND+
9、VoGNDBoost (Step Up)緣路架構(a) 降升压式(Buck-Boost)输入电压与输出电压正负之极性相反时，例如将5V转为-5V。3.2.3隔离式 DC to DC (Isolation )的设计：(a) .自激式(Free Running)适用于 0.5W 50W自激式一般称为 RCC 线路，是返驰式的其中一种架构，其震荡频率随负载而变：轻载时振荡频 率高，重载时震荡频率低。(i) . 优点：成本低。(ii) . 缺点：频率分布范围过大、量产稳定度低，(b) .返驰式(Flyback)适用于3W200W此乃亚源目前电路架构使用上的主流，简介如下： 实际动作时，轻载时或输入电压
10、高时，其脉波宽度较窄。 重载时或输入电压低时，其脉波宽度脉波宽度较宽。 能量转移是靠N-MOS Q1导通时，先将能量存于主变压器T1中，当N-MOS Q1关闭时， 主变压器中的能量，经由D1传到输出电容C1。而Rs则是用来侦测输出瓦数，达到保护 的目的。(c) . 前馈式 (Forward：) 适用于 60W 300W前馈式(Forward)的电路图看起来与返驰式(Fly-Back接近，但其时际的动作原理却完全不同。 其能量是于Q1 ON时先经由D1存于CHOKE L1中，Q1 OFF时，L1的能量经由D2传到输出电 容C1。注意T1的磁滞曲线只在第一相限活动。(d) . 推挽式 (Push-
11、Pul：l)200W 600W (Half-Bridge)推挽式(Push-Pull的动作原理则又与前馈式(Forward)接近,但是其T1的磁滞曲线在第1 & 3 相限活动。目前，GP-250系列，使用此架构。+VinQI T1GND-S推挽式（Push-Pull ）陳路架構4. 常见之规格内容及名词解释：一般规格区分为以下内容：AC或DC输入要求（-.-AC 或DC 输出要求 Safet（y 安规）及各国国家标准（-4-.-5）-EMI Conductio（n 电磁传导） & Radiatio（n 电磁辐射） - （- 4. 6）MTBF （Mean Time Before Fai）u可靠
12、度要求现分述如下：4.1. AC 或 DC 输入要求：4.1.1Input Voltage Rang输入最低最高之电压范围（V ）,例如：台湾、美国为90135 Vac欧洲、中国大陆则为180264 Vac 若为 Universa则为 90264Vac。4.1.2Input Frequency输入AC电源的频率（Hz ）,视各国发电机系统而定。 例如：日本为50Hz，台湾、美国为60Hz，欧洲、中国大陆为50Hz。4.1.3Inrush Curren输入突波电流（A ）,指开机瞬间或刚插插头时，流过电源线的突波电流，通常于冷开 机状态下测得为标准。造成的原因是 SMPS 输入端有电容，开机瞬间
13、电容需要充电而形成类似短路的 情况，于是产生此突波电流。一般限制此突波电流的方式，乃于输入回路加入热敏电阻予以限制，以 避免造成断路器跳脱。一般要求：115Vac 时= 30A Max.而 230Vac 时= 60A Max.。输出瓦数X 100 %Max. Input Curr(enAt)4.1.4Max. Input Curren最大输入电流（A ），出现于最低输入电压时，通常加入10 %误差。算法为：Vin min. * Efficiency * COS0.9 此最大输入电流值常被要求写在产品的安规LABEL上。4.1.5【nput Efficiency 入效率（），例如：输出瓦数= 5
14、W,输入瓦数= 10W,则效率= 5/10，即为50 %。X 100 %输出瓦数Input Efficiency (%)输入瓦数 输入瓦数系从瓦特表读到的实功率值，不含功率因子的虚功率（Cose）。4.1.6AC Input Power Fac：o交流功率因子（CosO ），表示输入之电压与电流的相位差。一般 SMPS 的输入阻抗为电容性（因输入有一个大电容），造成电压波形落后于电流波形。马达类产品 则呈现电感性，电压波形将超前电流波形。这种使电压与电流不同相位，将对发电厂造成虚功率而浪费能源，其值的大小为该相位差角度取Cos 值。例如：有一部SMPS使AC输入电压波形落后电流波形45,则Co
15、sO =0.707表示当发电厂供应100 瓦交流电力给该SMPS，则实际功率只有70.7瓦有真正的被使用到。也就是说当该SMPS使用70.7瓦 时，发电厂必需提供100瓦的负载。而一般未加功率因子补偿的SMPS，在AC 115V时CosO =0.6 AC 230V时CosO =0.5甚至更低，不难想象为何欧洲要要求SMPS加入功率因子补偿线路。 功率因子补偿线路（PFC ）分为主动式（Activd与被动式（Passive）主动式的CosO =0.9 Min. 而被动式的 CosO =0.7 Typ。.4.2. AC 或 DC 输出要求（输出电压简称 Vo）：4.2.1Output Accuracy输出电压容许误差值（），般为5%。4.2.2Max. Load最大输出负载电流（A ），亦即为该SMPS设计的最大输出瓦数。P = V x I例如：一台输出为5V的SMPS，标示最大输出负载电流Io = 2A。即表示最大持续输 出瓦数= 10
