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1、L/O/G/O开关开关电电源根本知源根本知识识雪豹雪豹电电子子书书成成 2 深圳市睿德实业开关开关电源源开关开关电源是相源是相对线性性电源源说的。它在的。它在输入入端直接将交流端直接将交流电整流整流变成直流成直流电，再在高，再在高频震震荡电路的路的作用下，用开关管控制作用下，用开关管控制电流的通断，构成高流的通断，构成高频脉冲脉冲电流。流。在在电感高感高频变压器的器的协助下，助下，输出出稳定的低定的低压直流直流电。由于。由于变压器的磁芯大小与他的任器的磁芯大小与他的任务频率的平方成反率的平方成反比，比，频率越高率越高铁心越小。心越小。这样就可以大大减小就可以大大减小变压器，器，使使电源减源减轻
2、分量和体分量和体积。由于高。由于高频可以减少可以减少转换损耗，耗，使使这种种电源的效率比源的效率比线性性电源高很多。源高很多。这样就就节省了能省了能源。源。开关开关电源普通由脉冲源普通由脉冲宽度度调制制PWM脉冲幅度脉冲幅度调制制PFM和混合和混合调制构成。制构成。线性电源的主电路如下：开关电源的主电路如下：开关电源的开展方向开关开关电电源的开展方向是高源的开展方向是高频频、高可靠、低、高可靠、低损损耗、低噪声、抗干耗、低噪声、抗干扰扰和模和模块块化。由于开化。由于开关关电电源源轻轻、小、薄的关、小、薄的关键键技技术术是高是高频频化，化，因此国外各大开关因此国外各大开关电电源制造商都努力于同源
3、制造商都努力于同步开步开发发新型高智能化的元器件，特新型高智能化的元器件，特别别是改是改善二次整流器件的善二次整流器件的损损耗，并在功率耗，并在功率铁铁氧体氧体 Mn-Zn 资资料上加大科技料上加大科技创创新，以提高在高新，以提高在高频频率和率和较较大磁通密度大磁通密度 Bs 下下获获得高的磁性得高的磁性能，而能，而电电容器的小型化也是一容器的小型化也是一项项关关键键技技术术。开关电源与线性电源之比较开关电源与线性电源之比较项目线性开关效率低（2550）高（65 90 ）尺寸大小电路简单（变压，整流，稳定化）复杂（整流，转换，波宽控制，整流）稳定度高（0.001 0.1 ）普通（0.1 3 ）
4、纹波小 大输入电压范围输入电压大时，效率降低，不可直流输入输入电压范围广成本低普通，有减少趋势输入电压范围输入电压范围输入电压是指客户端提供应开关电源的输入电压，即电源能正常任务的电压。常见的分为AC交流和DC直流输入两种或AC、DC均可。对于产品而言，输入电压均有范围，常见的AC输入的有：176Vac264Vac；90Vac 132Vac；90Vac264Vac等；而常见DC输入的有：36VDC 72VDC等。此参数主要是保证开关电源在客户端的设备上能正常运用。输入频率范围输入频率范围Hz此目的主要是能满足客户所在国家或地域的电网的要求。AC输入通常产品的目的为：47Hz63Hz我们国家的电
5、网为：220Vac/50Hz启动冲击电流启动冲击电流开关电源在启动瞬间，由于电容在开机瞬间会构成一个很大电流的充电过程，这就构成了启动冲击电流；其假设过大容易导致桥堆和保险丝等器件烧毁；此目的主要是思索电源在启动时耐受冲击电流的才干。普通要求冷机启动情况下：30A 220Vac/50Hz。测试设备：可编程交流源; 精细电子负载; 数字示波器; 电流探头最大输入电流最大输入电流在电源任务时，输入端回路总会有电流，即我们所说的输入电流；普通来说，最大输入电流出如今输入电压为下限值时；此项目的某些客户有特殊要求，它的大小受以下几个因数的影响：输出功率、PF值功率因数、输入电压和效率等。输出启动时间输
6、出启动时间启动时间输出启动时间输出启动时间启动时间是指开关电源在最大载情况下从电源直流或交流输入到其输入电压上升到规格下限值或90%U时的那段时间；通常在220Vac输入时，要求小于1S；在110Vac输入时，要求小于2S。启动时间能够对客户系统的时序信号有影响，当然启动时间过长能够会让客户以为电源出现缺点。输出过冲输出过冲当电源启动时，输出电压将上升至某一值V1时经电源的反响回路调整后至稳定输出电压值V0，此时的输出过冲(overshoot)即为V1-V0/V0*100%；同理，当电源断开输出时，也会出现所谓的输出欠冲undershoot);此项目的主要是考量开关电源的反响回路的反响速度。测
7、试时应兼顾各种输入条件和负载条件。输出过冲输出过冲V1V0坚持时间坚持时间坚持时间坚持时间坚持时间定义是：开关电源从输入切断电源起到其输出电压下降到稳压范围外时普通是输出电压的下限的时间，单位是mS级。通常规范：220Vac输入时不小于20mS；110Vac输入时不小于10mS。不同的设备有不同的时间要求，有要求16ms，有的那么要求在交流输入120V时 12ms此参数能够影响客户系统的某些任务特性，如保管数据等，也能够涉及到时序性问题。效率效率效率的定义是指某一电源输出的总功率与输入有用功的百分比。此目的是检验电源的功率运用率，从客户角度而言，效率高就意味着耗能少，效率低就意味着耗能多；从产
8、品开发而言，效率低意味着电源本身的功耗大，本身产生的热能也相应增大，这将影响产品的可靠性，也能够进而影响客户系统的可靠度。温度系数温度系数此目的主要是评价开关电源在其允许的环境条件泛指温度与湿度下，其输出的电压变化率能否满足要求；影响温度系数的因数主要是开关电源的元器件在环境变化后某些参数的偏移从而引起整机参数的变化对于产品而言即输出电压。输出电流输出电流输出电流是定义某一电源本身的特定参数；普通定义每路输出所允许的负载电流范围描画最小电流和最大电流；如不定义最小电流值，那么默以为最大电流值的10% 。此参数确实定取决于客户设备的实践功率。普通而言，建议运用不大于80%Pmax.源效应源效应源
9、效应定义是开关电源在某一特定环境温度条件下，在输入电压变化时其提供稳定输出电压的才干也称为：输入电压调整率。此目的主要是思索到开关电源能够在不同的输入电压的任务环境，由此引起的输出电压不稳定情况。如在国内的遥远地域或乡村地域，电网的供电稳定程度较差。负载效应负载效应负载效应定义为开关电源在某一环境条件下，在输出负载变化时其提供稳定的输出电压的才干。这个目的主要满足客户系统的负载条件变化时开关电源输出电压的稳定性必需满足客户设备任务的要求。稳压精度稳压精度综合开关电源在不同环境条件、不同输入电压、不同的负载条件下，其提供稳定输出电压的才干；该目的其实是将源效应、负载效应和温度系数等综合起来。输出
10、纹波输出纹波输出纹波能够会影响到客户系统任务时的稳定性，当纹波问题过大时呵斥客户系统当机或丧失数据的情况时有发生。纹波的大小按照1%V0来定义，但普通而言，纹波均定义不大于50mV除非客户有特殊要求。输出噪声纹波的测试输出纹波和噪声时指叠加在输出直流电压上的交流成分，其中纹波时叠加在输出直流上开关频率的偕波分量，而噪声电压是在与开关频率无关的非周期的分量。测试纹波和噪声应在规定的带宽内测试，普通用20MHz带宽，超20MHz带宽的示波器可选用20MHz的带宽限制，普通用mVp-p表示，丈量应采用靠测法如图即去掉探头上的地线夹和测试钩，直接用探头靠在电源模块的输出引针上，这样可以防止空间辐射超成
11、影响，还可以防止将共模信号叠加在真正要测试的差摸信号上。另一种方法是用双绞线丈量。适用于便装式电源的丈量 。 输出纹波和噪声在丈量时应采用模拟示波器选择适当的量程，扫描速度应低于0.5秒，丈量峰峰值杂音电压。输出纹波输出纹波工频纹波低频纹波工频纹波低频纹波开关纹波高频纹波开关纹波高频纹波噪声部分纹波部分动态负载呼应动态负载呼应一个额定电压输出的电源，具备反响控制回路，可以将其输出电压维持稳定，但由于实践上反响控制回路有一定的频宽，限制了开关电源对负载电流变化的反响。客户系统的负载电流普通是变化的，所以动态负载呼应测试确保了电源在负载变化时不会出现输出呈现不稳定、失控或振荡景象。维护功能维护功能
12、输入维护：根据模块电源时间的任务环境及用户对可靠性的要求，可以选择输入维护电路，以提高电源系统的可靠性，输入维护电路由保险丝、反极性维护二极管、输入电容、瞬态抑制二极管组成，常用的输入维护电力如下图。设置在电源模块输入端的保险丝提供平安维护，普通保险丝规格可选取1.5-2倍的额定输入电流，假设模块任务在一个相当宽电压范围，保险丝应该选择2倍的最大输入电流。能否选择一个快速熔断的保险丝取决于详细的运用。普通来说一个普通的保险丝能提供足够的维护，但在热备份的运用中，我们引荐运用快速保险丝，以防失效的模块将输入母线短路。 保保险丝险丝输输入入电电容容在模块的输入端应加装一只电解电容，这个电容有两个作
13、用；1吸收模块输入端的电压尖峰；2在输入母线上出现瞬间电压跌落时，给模块提供一定时间的维持电压。 反极性反极性维护维护反极性反极性维护维护v为了防止模块在输入极性接错，在输入端安装一只二极管，这只二极管可串在输入回路，对低电压输入电源，可并联在输入回路如图接法。假设运用瞬抑制二极管作为瞬态过压维护，那么省略串联二极管，同样可起到反极性维护的作用。 输出维护输出维护普通有：过电流、过压、短路等维护；电源具备维护功能的作用是：一维护客户端的设备；二是维护电源本身，防止其损坏。任任务环务环境境任务环境主要包括了温度和湿度。每个电源都有其特殊的运用环境。温度越高或越低和湿度越大，任务环境也就越恶劣。电
14、源的运用环境也会对设计开发时选用器件有影响，即任务环境越恶劣，选用的器件的可靠性也就越高，就是说本钱也就越高。另外运用在比较恶劣的任务环境下，应思索降额运用。电电磁兼容磁兼容电磁兼容EMC目前越来越遭到注重，新开发产品均严厉按照EMC相关规范开发设计。产品在满足本身的EMC要求同时，也应作为客户端的一个配件与客户系统相配合并满足其EMC规范要求。电电磁兼容磁兼容电磁兼容包括有EMS和EMI两项。EMS目前在能测试的工程有：ESD静电放电、EFT电快速脉冲群、Lightning雷击浪涌和Dips and Variation电压暂降和瞬变四项；EMI电磁干扰方面，目前能测试为传导干扰和辐射干扰。
15、根据客户的不同电压，采用压敏电阻、气体放电和TVS，TVS动作速度非常快，达ps极10-12s，但其通流量不达，应将其放在后级。压敏电阻和气体放电的通流量可以做得很大。但速度较慢只需us10-6s。为了让高能量得浪涌电压尽量在压敏电阻、气体放电管上，建议在压敏电阻和气体放电与TVS之间放一级电感，用电感阻挠一些时间，高能量得浪涌电压尽量从压敏电阻、气体放电管泄放。气体放电管是一种负阻元件，一旦导通只需几十伏得降压，故应与压敏电阻配合运用。二级间的阻滞电感可与EMC输入级的电感共用。一切压敏器件、元件的动作电压按下面公式计算： VzVin(120)1.4eg: Vin=220Vac输入回路，Vz
16、370V。在交流电压动摇较大的地域还可获得大一些。 关于感性关于感性负载负载和启和启动电动电流流 如用户采用电源模块驱动感性如电动机、电磁阀等，那么该当留意感性负载会产生感生电动势，呵斥电源模块的误动作。可在输出级加一只二极管，将感生电动势隔离。如图： 假设采用电源模块驱动感性如电动机，除应留意感生电动势外，还需留意电动机的启动电流。普通来讲电动机的启动电流是正常任务标称值的6-8倍，电源模块的维护电路可靠而灵敏，会因过流维护不能启动，须适当加大电源容量并在订货时予以阐明 关于可靠性关于可靠性可靠性准确定义：产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的才干。通常可以用平均无缺点时间MTBF来
17、表示。MTBF是Mean Time Between Failures的简写。指两次相连缺点间的平均任务时间，而不是指产品报废失效的时间有两种计算方法：一是用长时间大量的统计数字来计算，二是用MILHDBK-217F2，国军标为GJB299规范规定的方法来计算，即MTBF=1，计算方法非常烦琐。最关键是求得得值，得值与以下几项内容有关：1环境温度2运用环境3元件的数量4元器件得等级5降额的冗余度其中1.2项与客户运用有关。3-5项由消费厂家掌握，产品在计算MTBF时环境温度取25，运用环境为“普通地面环境。如客户在运用环境过高，任务环境过于严酷会直接影响的值，从而降低MTBF的值。为保证MTBF到达要求，在产品设计上根据GJB/Z35采用冗余、降额方法，元器件采购方面采用高等级产品，并按照GJB128A、GJB548A进展老化、挑选，电路构造上尽量简捷，在保证功能的前提下，尽量减少器件的数目，以提高平均无缺点时间MTBF。综上所述MTBF会因客户在运用方法、运用环境温度的不同而有一定的变化。 谢谢大家！ 2021年02月22日
