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對于開關(guān)電源參數(shù)的解釋分析

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ID:807588 發(fā)表于 2020-9-29 16:48 | 只看該作者 回帖獎勵 |正序瀏覽 |閱讀模式
開關(guān)電源是相對線性電源說的。它在輸入端直接將交流電整流變成直流電,再在高頻震蕩電路的作用下,用開關(guān)管控制電流的通斷,形成高頻脈沖電流。在電感(高頻變壓器)的幫助下,輸出穩(wěn)定的低壓直流電。由于變壓器的磁芯大小與工作頻率的平方成反比,頻率越高鐵心越小。這樣就可以大大減小變壓器,使電源減輕重量和體積。因為高頻可以減少轉(zhuǎn)換損耗,使這種電源的效率比線性電源高很多。這樣就節(jié)省了能源。

開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)脈沖幅度調(diào)制(PFM)和混合調(diào)制構(gòu)成。

輸入電壓范圍:

輸入電壓是指客戶端提供給開關(guān)電源的輸入電壓,即電源能正常工作的電壓。常見的分為AC(交流)和DC(直流)輸入兩種(或AC、DC均可)。

對于產(chǎn)品而言,輸入電壓均有范圍,常見的AC輸入的有:176Vac~264Vac;90Vac ~132Vac;90Vac~264Vac等;而常見DC輸入的有:36VDC ~72VDC等。

此參數(shù)主要是保證開關(guān)電源在客戶端的設(shè)備上能正常使用。

輸入頻率范圍(Hz):

此指標(biāo)主要是能滿足客戶所在國家或地區(qū)的電網(wǎng)的要求。

通常產(chǎn)品的指標(biāo)為:47Hz~63Hz

我們國家的電網(wǎng)為:220Vac/50Hz

啟動沖擊電流:

開關(guān)電源在啟動瞬間,由于電容在開機(jī)瞬間會形成一個很大電流的充電過程,這就形成了啟動沖擊電流;其如果過大容易導(dǎo)致橋堆和保險絲等器件燒毀;

此指標(biāo)主要是考慮電源在啟動時耐受沖擊電流的能力。一般要求冷機(jī)啟動情況下:<30A (220Vac/50Hz)。

最大輸入電流:

在電源工作時,輸入端回路總會有電流,即我們所說的輸入電流;

一般來說,最大輸入電流出現(xiàn)在輸入電壓為下限值時;

它的大小受以下幾個因數(shù)的影響:輸出功率、PF值(功率因數(shù))、輸入電壓和效率等。

輸出啟動時間:

啟動時間是指開關(guān)電源在最大載情況下從電源(直流或交流)輸入到其輸入電壓上升到規(guī)格下限值(或90%U)時的那段時間;

通常在220Vac輸入時,要求小于1S;在110Vac輸入時,要求小于2S。。

啟動時間可能對系統(tǒng)的時序信號有影響,當(dāng)然啟動時間過長可能會認(rèn)為電源出現(xiàn)故障。

輸出過沖:

當(dāng)電源啟動時,輸出電壓將上升至某一值V1時經(jīng)電源的反饋回路調(diào)整后至穩(wěn)定輸出電壓值V0,此時的輸出過沖(overshoot)即為(V1-V0)/V0*100%;同理,當(dāng)電源斷開輸出時,也會出現(xiàn)所謂的輸出欠沖(undershoot);

此項指標(biāo)主要是考量開關(guān)電源的反饋回路的反應(yīng)速度。

測試時應(yīng)兼顧各種輸入條件和負(fù)載條件。

保持時間:

定義是:開關(guān)電源從輸入切斷電源起到其輸出電壓下降到穩(wěn)壓范圍外時(一般是輸出電壓的下限)的時間,單位是mS級。

通常標(biāo)準(zhǔn):220Vac輸入時不小于20mS;110Vac輸入時不小于10mS。(不同的設(shè)備有不同的時間要求,有要求≥16ms,有的則要求在交流輸入120V時≥ 12ms)

效率:

效率的定義是指某一電源輸出的總功率與輸入有用功的百分比。

此指標(biāo)是檢驗電源的功率使用率,效率高就意味著耗能少,效率低就意味著耗能多;從產(chǎn)品開發(fā)而言,效率低意味著電源本身的功耗大,自身產(chǎn)生的熱能也相應(yīng)增大,這將影響產(chǎn)品的可靠性。

溫度系數(shù):

此指標(biāo)主要是評估開關(guān)電源在其允許的環(huán)境條件(泛指溫度與濕度)下,其輸出的電壓變化率是否滿足要求;

影響溫度系數(shù)的因數(shù)主要是開關(guān)電源的元器件在環(huán)境變化后某些參數(shù)的偏移從而引起整機(jī)參數(shù)的變化(對于產(chǎn)品而言即輸出電壓)。

輸出電流:

輸出電流是定義某一電源本身的特定參數(shù);一般定義每路輸出所允許的負(fù)載電流范圍(描述最小電流和最大電流);如不定義最小電流值,則默認(rèn)為最大電流值的10% 。

此參數(shù)的確定取決于客戶設(shè)備的實際功率。一般而言,建議使用不大于80%Pmax.

源效應(yīng):

源效應(yīng)定義是開關(guān)電源在某一特定環(huán)境溫度條件下,在輸入電壓變化時其提供穩(wěn)定輸出電壓的能力(也稱為:輸入電壓調(diào)整率)。

此指標(biāo)主要是考慮到開關(guān)電源可能在不同的輸入電壓的工作環(huán)境,由此引起的輸出電壓不穩(wěn)定情況。如在國內(nèi)的邊遠(yuǎn)地區(qū)或農(nóng)村地區(qū),電網(wǎng)的供電穩(wěn)定程度較差。

負(fù)載效應(yīng):

負(fù)載效應(yīng)定義為開關(guān)電源在某一環(huán)境條件下,在輸出負(fù)載變化時其提供穩(wěn)定的輸出電壓的能力。

穩(wěn)壓精度:

綜合開關(guān)電源在不同環(huán)境條件、不同輸入電壓、不同的負(fù)載條件下,其提供穩(wěn)定輸出電壓的能力;

該指標(biāo)其實是將源效應(yīng)、負(fù)載效應(yīng)和溫度系數(shù)等綜合起來。

輸出紋波:

輸出紋波可能會影響到系統(tǒng)工作時的穩(wěn)定性,當(dāng)紋波問題過大時造成系統(tǒng)當(dāng)機(jī)或丟失數(shù)據(jù)的情況時有發(fā)生。

紋波的大小按照1%V0來定義,但一般而言,紋波均定義不大于50mV。

輸出噪聲紋波的測試:

⑴輸出紋波和噪聲是指疊加在輸出直流電壓上的交流成分,其中紋波是疊加在輸出直流上開關(guān)頻率的偕波分量,而噪聲電壓是在與開關(guān)頻率無關(guān)的非周期的分量。測試紋波和噪聲應(yīng)在規(guī)定的帶寬內(nèi)測試,一般用20MHz帶寬,超20MHz帶寬的示波器可選用20MHz的帶寬限制,一般用mVp-p表示,測量應(yīng)采用靠測法即去掉探頭上的地線夾和測試鉤,直接用探頭靠在電源模塊的輸出引針上,這樣可以避免空間輻射超成影響,還可以避免將共模信號疊加在真正要測試的差摸信號上。

⑵另一種方法是用雙絞線測量。適用于便裝式電源的測量 。

動態(tài)負(fù)載響應(yīng):

一個額定電壓輸出的電源,具備反饋控制回路,能夠?qū)⑵漭敵鲭妷壕S持穩(wěn)定,但由于實際上反饋控制回路有一定的頻寬,限制了開關(guān)電源對負(fù)載電流變化的反應(yīng)。

系統(tǒng)的負(fù)載電流一般是變化的,所以動態(tài)負(fù)載響應(yīng)測試確保了電源在負(fù)載變化時不會出現(xiàn)輸出呈現(xiàn)不穩(wěn)定、失控或振蕩現(xiàn)象。

保護(hù)功能:

輸入保護(hù):根據(jù)模塊電源時間的工作環(huán)境及用戶對可靠性的要求,可以選擇輸入保護(hù)電路,以提高電源系統(tǒng)的可靠性,輸入保護(hù)電路由保險絲、反極性保護(hù)二極管、輸入電容、瞬態(tài)抑制二極管組成。

①保險絲

設(shè)置在電源模塊輸入端的保險絲提供安全保護(hù),一般保險絲規(guī)格可選取1.5-2倍的額定輸入電流,如果模塊工作在一個相當(dāng)寬電壓范圍,保險絲應(yīng)該選擇2倍的最大輸入電流。是否選擇一個快速熔斷的保險絲取決于具體的應(yīng)用。一般來說一個普通的保險絲能提供足夠的保護(hù),但在熱備份的應(yīng)用中,我們推薦使用快速保險絲,以防失效的模塊將輸入母線短路。

②輸入電容

在模塊的輸入端應(yīng)加裝一只電解電容,這個電容有兩個作用;

1)吸收模塊輸入端的電壓尖峰;

2)在輸入母線上出現(xiàn)瞬間電壓跌落時,給模塊提供一定時間的維持電壓。

③反極性保護(hù)

為了防止模塊在輸入極性接錯,在輸入端安裝一只二極管,這只二極管可串在輸入回路,對低電壓輸入電源,可并聯(lián)在輸入回路。如果使用瞬抑制二極管作為瞬態(tài)過壓保護(hù),則省略串聯(lián)二極管,同樣可起到反極性保護(hù)的作用。

④輸出保護(hù)

輸出保護(hù)一般有:過電流、過壓、短路等保護(hù);

電源具備保護(hù)功能的作用是:一保護(hù)客戶端的設(shè)備;二是保護(hù)電源本身,避免其損壞。

工作環(huán)境:

工作環(huán)境主要包括了溫度和濕度。

每個電源都有其特殊的使用環(huán)境。溫度越高或越低和濕度越大,工作環(huán)境也就越惡劣。

電源的使用環(huán)境也會對設(shè)計開發(fā)時選用器件有影響,即工作環(huán)境越惡劣,選用的器件的可靠性也就越高,就是說成本也就越高。

另外使用在比較惡劣的工作環(huán)境下,應(yīng)考慮降額使用。

電磁兼容:

電磁兼容(EMC)目前越來越受到重視,新開發(fā)產(chǎn)品均嚴(yán)格按照EMC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)設(shè)計。

產(chǎn)品在滿足自身的EMC要求同時,也應(yīng)作為客戶端的一個配件與系統(tǒng)相配合并滿足其EMC標(biāo)準(zhǔn)要求。

電磁兼容包括有EMS和EMI兩項。

EMS目前在能測試的項目有:ESD(靜電放電)、EFT(電快速脈沖群)、Lightning(雷擊浪涌)和Dips and Variation(電壓暫降和瞬變)四項;

EMI電磁干擾方面,目前能測試為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。

根據(jù)不同電壓,采用壓敏電阻、氣體放電和TVS,TVS動作速度非?欤_(dá)ps極(10-12s),但其通流量不達(dá),應(yīng)將其放在后級。壓敏電阻和氣體放電的通流量可以做得很大。但速度較慢只有us(10-6s)。為了讓高能量得浪涌電壓盡量在壓敏電阻、氣體放電管上,建議在壓敏電阻和氣體放電與TVS之間放一級電感,用電感阻擋一些時間,高能量得浪涌電壓盡量從壓敏電阻、氣體放電管泄放。氣體放電管是一種負(fù)阻元件,一旦導(dǎo)通只有幾十伏得降壓,故應(yīng)與壓敏電阻配合使用。二級間的阻滯電感可與EMC輸入級的電感共用。
關(guān)于感性負(fù)載和啟動電流:

如采用電源模塊驅(qū)動感性如電動機(jī)、電磁閥等,那么應(yīng)當(dāng)注意感性負(fù)載會產(chǎn)生感生電動勢,造成電源模塊的誤動作?稍谳敵黾壖右恢欢䴓O管,將感生電動勢隔離。

如果采用電源模塊驅(qū)動感性如電動機(jī),除應(yīng)注意感生電動勢外,還需注意電動機(jī)的啟動電流。一般來講電動機(jī)的啟動電流是正常工作標(biāo)稱值的6-8倍,電源模塊的保護(hù)電路可靠而靈敏,會因過流保護(hù)不能啟動
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