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  • 你知道开关电源布局以及印制板布线的一些原则吗?

    你知道开关电源布局以及印制板布线的一些原则吗?

    在生活中,你可能接触过各种各样的电子产品,那么你可能并不知道它的一些组成部分,比如它可能含有的开关电源,那么接下来让小编带领大家一起学习开关电源布局以及印制板布线的一些原则。 布局: 输入开关管连接到变压器,输出变压器连接到整流管,脉冲电压连接应尽可能短。脉冲电流环路尽可能小。例如,输入滤波电容器对于开关管的变压器为正,而返回电容器为负。从变压器的输出部分到整流器的输出再到输出电感器的输出电容再回到变压器电路的X电容器应尽可能靠近开关电源的输入端和输入线应避免与其他电路并联。 Y电容器应放置在机箱的接地端子或FG连接端。在公共接触电感器和变压器之间保持一定距离,以避免磁耦合。如果不容易处理,则可以在共模电感器和变压器之间添加一个屏蔽层。以上各项对开关电源的EMC性能有较大影响。 通常,可以使用两个输出电容器,一个靠近整流器,另一个靠近输出端子,这会影响电源的输出纹波指数。两个小容量电容器的并联效果应优于大容量电容器。加热装置必须与电解电容器保持一定距离,以延长整个机器的使用寿命。电解电容器是开关电源寿命的关键。例如,变压器,功率管和大功率电阻器必须远离电解,并且电解之间必须有散热空间。如果可能,可以将其放置在进气口中。 注意控制部分:高阻抗弱信号电路的连接应尽可能短,例如采样反馈环路。处理时,请尽量避免干扰。电流采样信号电路,特别是电流控制电路,不容易处理。 线距:随着印刷电路板制造工艺的不断改进和完善,一般加工厂的线距等于或小于0.1mm毫无问题,可以完全满足大多数应用的要求。考虑到开关电源中使用的组件和生产工艺,通常将双面板的最小行间距设置为0.3mm,将单面板的最小行间距设置为0.5mm,焊盘之间的最小间距焊盘,焊盘和通孔或通孔设置为0.5mm,以避免在焊接操作过程中出现“桥接”现象。这样,大多数板厂可以轻松满足生产要求,可以非常高地控制成品率,还可以实现合理的布线密度并具有更经济的成本。最小行间距仅适用于电压低于63V的信号控制电路和低压电路。当线间电压大于该值时,通常可以根据500V / 1mm的经验值选择线间距。 鉴于一些相关标准对行距有明确规定,因此必须严格按照相关标准执行,例如交流输入端子和熔断器端子之间的连接。一些电源对体积有很高的要求,例如模块化电源。通常,变压器输入侧的行距为1mm,实践证明是可行的。对于具有交流输入和(隔离)直流输出的电源产品,更严格的规则是安全距离必须大于或等于6mm。当然,这取决于相关的标准和实施方法。通常,安全距离可以用反馈光耦合器两侧的距离来表示,其原理是大于或等于该距离。也可以在光耦合器下方的印刷电路板上开槽,以增加爬电距离,以满足绝缘要求。通常,开关电源的交流输入侧布线或板组件与非绝缘外壳和散热器之间的距离应大于5mm,输出侧布线或组件与外壳或散热器之间的距离应大于5mm。比2mm ,或严格遵守安全规定。 常用方法:上述开槽方法适用于间距不足的场合。顺便说一下,这种方法通常也用于保护放电间隙,这在电视显像管尾板的交流输入和电源中很常见。 该方法已广泛用于模块化电源,在灌封条件下可以获得良好的结果。 方法2:使用绝缘纸。可以使用诸如蓝壳纸,聚酯薄膜,PTFE取向薄膜等绝缘材料。通常,将绿色外壳纸或聚酯薄膜用作一般电源,以在电路板和金属外壳之间进行填充。该材料具有较高的机械强度和一定的耐湿性。 PTFE定向薄膜由于其耐高温性而广泛用于模块电源中。也可以在组件和周围的导体之间放置绝缘膜,以提高绝缘电阻。

    时间:2021-02-23 关键词: 开关电源 布局 印制板布线

  • 关于开关电源的选择的方法依据,你知道常见的有哪些吗?

    关于开关电源的选择的方法依据,你知道常见的有哪些吗?

    在科学技术高度发达的今天,各种各样的高科技出现在我们的生活中,为我们的生活带来便利,那么你知道这些高科技可能会含有的开关电源吗?在进行电器电路模块设计或给新产品定型时,有时极少认真考虑配套开关电源的选择,直到发现问题出在开关电源部分,才重新评估这个问题。 一、选择开关电源的基本依据 电压和电流范围,这是最容易确定的两个指标,只要根据电路的功耗进行计算即可。 还应考虑测试高和低电源电压的极值。 大多数固定电源允许输出电压在±10%范围内变化。 如果这不满足电路要求,则可以使用输出可调或变化范围较大的电源。 如果使用电源为组合设备供电,则一个电源可提供设备所需最大电流的75%至90%,并且不足的部分可以并联连接到两个或多个电源。 二、开关电源的扩展和安全性 1、并联或串联工作 当一个电源不能满足所需的电压或电流范围时,可以并联或串联使用两个或多个电源(或同一电源的不同输出)。 在这种工作模式下,稳压模块和电源模块之间的控制电路之间仍然存在连接,但是一个电源用作主电源,另一电源用作被控制方。 2、过载保护 由于电源需要由不同的电路使用,因此这些电路的电流可能是未知的。为了避免损坏电源,必须设置保护电路范围。几乎所有电源都具有以下特性:超出输出范围时,输出将保持在最大输出值,或者电源自行关闭。除程序设置的输出范围外,某些程序控制的电源还可自动设置电源稳定输出的类型。换句话说,当外部电路所需的电压或电流超过设定极限时,电源可以自动从恒压源变为恒流源,或者从值电流源变为恒压源。在电源上添加保护二极管可以防止由于错误连接外部电源的极性而造成的损坏。热传感器还可用于防止由于电源在过载状态下连续工作或冷却无效而导致电源烧坏。 三、开关电源内部潜在的造成损害的根源 1、脉动与噪声 理想的直流电源应提供纯直流电,但始终存在一些干扰,例如叠加在开关电源输出端口上的脉动电流和高频振荡。 这两种干扰,再加上电源本身产生的尖峰噪声,使电源显得间歇性和随机漂移。 2、稳定度 当线路电压或负载电流发生变化时,直流电源的输出电压将发生波动。 电压稳定度由电压稳定电路的参数确定。 这些参数指的是滤波电容器的容量和能量释放的速率。 如果使用相对恒定的电源为电源供电,则仅需要基本负载调节。 稳定性通常定义为空载或满载时输出电压或电压变化的百分比。 3、内部阻抗 电源的相对较大的内部电阻对负载具有两个缺点。 首先是它不利于负载电压调节器电路的工作。 更不利的是,负载电流的任何变化都将导致直流电源的输出波动。 这种波动会影响测试结果。 影响与脉冲和噪声对测试结果的影响完全相同。 4、开关电源瞬态响应或恢复 电源的瞬态响应的大小和恢复时间表示当输出负载突然变化时,电源稳压电路恢复正常电压的能力的大小。 有两个参数可用于校准电源的瞬态响应和恢复:一个是负载突然变化时的输出偏差值;另一个是负载突然变化时的输出偏差值。 另一个是输出恢复到原始值所花费的时间。 为了统一起见,通常在负载变化10%时,将输出偏差通过与峰值电压的输出偏差的最佳值进行校准,并使用毫秒数校准恢复时间,以使输出返回至 正常值。 其他制造商使用较大的负载电流变化来确定恢复时间。 例如,当输出电流从50%变为100%时,请使用时间返回到正常值。 以上就是开关电源选择方法的一些值得大家学习的详细资料解析,希望在大家刚接触的过程中,能够给大家一定的帮助,如果有问题,也可以和小编一起探讨。

    时间:2021-02-23 关键词: 并联 串联 开关电源

  • 关于开关电源产生干扰的一些原因以及减少干扰的一些方法

    关于开关电源产生干扰的一些原因以及减少干扰的一些方法

    随着社会的快速发展,我们的开关电源也在快速发展,那么你知道开关电源产生干扰的详细资料解析吗?接下来让小编带领大家来详细地了解有关的知识。 一、开关电源产生干扰的原因 开关电源首先将工频AC整流为DC,然后将其逆变为高频,最后通过整流滤波电路输出获得稳定的DC电压,因此它含有很多谐波干扰。同时,由变压器的漏感和输出二极管的反向恢复电流引起的尖峰会形成潜在的电磁干扰。开关电源中的干扰源主要集中在电压和电流变化较大的组件上,并且主要显示在开关管,二极管和高频变压器上。 随着电力电子技术的发展,开关电源模块由于其相对较小的尺寸,较高的效率和可靠的操作已开始取代传统的整流器电源,并已广泛应用于社会的各个领域。但是,由于开关电源的高工作频率,内部存在快速的电流和电压变化,即dv / dt和di / dt,这将导致开关电源模块产生强烈的谐波干扰和尖峰干扰,并且通过传导,辐射和串扰,这种耦合路径会影响其自身电路和其他电子系统的正常运行,当然,也会受到其他电子设备的电磁干扰的影响。这是讨论的电磁兼容性问题,也是与开关电源的电磁兼容性有关的电磁干扰EMD和电磁敏感性EMS设计问题。 开关电源中有输入滤波电感器,电源变压器,隔离变压器,输出滤波电感器和其他磁性元件。隔离变压器的一次侧和二次侧之间存在寄生电容,高频干扰信号通过该寄生电容耦合到二次侧。电源变压器是由于绕组过程引起的。由于其他原因,初级和次级侧耦合不理想,并且存在漏感。漏感会产生电磁辐射干扰。另外,高频脉冲电流流经电力变压器线圈的绕组,在其周围形成高频电磁场。流过电感线圈的脉动电流会产生电磁场辐射,但也会突然切断负载。 高频整流电路中的整流二极管通过反向偏置电压导通时,正向电流较大。由于在PN结中积累了更多的载流子,因此电流在电子消失之前的一段时间内,电流将沿相反方向流动,从而导致用于载流子消失的反向恢复电流急剧减小,从而产生大电流发生变化(di / dt)。 控制电路中的周期性高频脉冲信号(例如振荡器产生的高频脉冲信号)将产生高频和高次谐波,从而对周围电路产生电磁干扰。 开关电源中的接线设计非常重要。不合理的布线将导致电磁干扰通过耦合电容和导线之间分布的互感或辐射到相邻的导线,从而影响其他电路的正常运行。由热辐射引起的电磁干扰。热辐射是电磁波形式的热交换。这种电磁干扰会影响其他电子组件或电路的正常和稳定运行。对于某些电子设备,外界造成的电磁干扰包括:电网中的谐波干扰,雷电,太阳噪声,静电放电以及周围的高频发射设备造成的干扰。 电磁干扰会导致传输信号失真,并影响设备的正常运行。严重的情况下,闪电和静电放电等高能电磁干扰会损坏设备。对于某些设备,电磁辐射会导致重要信息的泄漏。 二、开关电源电磁干扰的控制技术 ①减少开关电源本身的干扰 开关频率调制技术:通过调制开关频率fc,集中在fc上的能量及其谐波2fc,3fc ...分散到它们周围的频带,以减小每个频率点的EMI幅度。此方法无法减少总干扰量,但能量会分散到该频率点的基带,因此每个频率点都不会超过EMI指定的限制。为了达到降低噪声频谱峰值的目的,通常有两种处理方法:随机频率法和调制频率法。 ②切断干扰信号的传播路径-共模和差模电源线滤波器设计 电源线滤波器可用于滤除电源线干扰。合理有效的开关电源EMI滤波器对电源线上的差模和共模干扰具有很强的抑制作用。 ③提高敏感电路的抗干扰能力 提高敏感设备的抗干扰性能是指使从敏感设备一侧接收到的干扰噪声最小化并尽快从异常情况中恢复的方法。

    时间:2021-02-23 关键词: 干扰 整流滤波电路 开关电源

  • 关于开关电源设计过程中常见的一些问题,你知道吗?

    关于开关电源设计过程中常见的一些问题,你知道吗?

    随着全球多样化的发展,我们的生活也在不断变化着,包括我们接触的各种各样的电子产品,那么你一定不知道这些产品的一些组成,比如开关电源,下面来说一说常见的一些故障。 电容故障 电容器损坏引起的故障在电子设备中最高,而电解电容器的损坏最为常见。电容器损坏表现为:容量变小,容量完全丢失,泄漏和短路。电容器在电路中起着不同的作用,由电容器引起的故障具有其自身的特征:在工业控制电路板中,数字电路占绝大多数,电容器主要用于功率滤波,而电容器较少用于信号耦合和耦合。 或输出电压没有得到很好的滤波,并且由于电压不稳定,电路在逻辑上是混乱的,这表现为机器工作不正常或无法开机。如果电容器连接在数字电路的正极和负极之间,则该故障的行为将如上所述。这在计算机主板上尤其明显。几年后,许多计算机有时无法打开,有时可以打开。打开机壳,经常会看到电解电容器鼓胀的现象,如果卸下电容器来测量容量,发现会比实际值低很多。 电阻故障 经常看到,许多初学者在修理电路时都在折腾电阻,然后将其拆下并焊接。实际上,它已经修复了很多。只要您了解电阻的损坏特性,就不需要花费很多时间。电阻是电气设备中数量最多的组件,但不是损坏率最高的组件。开路是最常见的电阻损坏类型。很少有电阻值变大而电阻值变小的情况。常见的是碳膜电阻器,金属膜电阻器,绕线电阻器和保险电阻器。 前两种类型的电阻器使用最广泛。它们损坏的特征之一是低电阻(低于100Ω)和高电阻(高于100kΩ)的损坏率很高,而中电阻值(例如数百欧姆至数十千欧姆)的损坏很小;其次,当低电阻电阻器损坏时,它们经常被烧黑,这很容易找到,而高电阻电阻器很少损坏。 绕线电阻一般用于高限流,电阻值不大;当圆柱形线绕电阻器被烧毁时,一些电阻器会变黑或表面破裂或破裂,而另一些则没有痕迹。水泥电阻器是一种线绕电阻器,烧坏时可能会折断,否则无明显痕迹;当保险丝电阻烧坏时,会在某些表面上吹掉一块皮肤,有些表面没有痕迹,但绝不会被灼伤或变黑。 运算放大器故障 运算放大器好坏的判别对相当多的电子维修者有一定的难度,不只文化程度的关系,在此与大家共同探讨一下,希望对大家有所帮助。理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性,这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用,运放必须在闭环(负反馈)下工作。如果没有负反馈,开环放大下的运放成为一个比较器。 SMT元件故障 一些SMD组件非常小,使用普通的万用表笔很难进行测试和维修。一个是容易引起短路,另一个是涂有绝缘涂层的电路板不方便接触组件引脚的金属部分。这是一种告诉所有人的简便方法,它将为检测带来很多便利。取两根最小的缝纫针,将其与万用表笔闭合,然后从多股电缆上取一根细铜线,将测试笔和缝纫针与一根细铜线绑在一起,然后牢固焊接。 公共电源短路故障 在电路板维护中,如果遇到公共电源短路,则故障通常会很大,因为许多设备共享同一电源,并且怀疑使用此电源的每个设备都发生了短路。如果板上没有很多元件,那么“接地”的方法最终可以找到短路点;如果组成太多,“锄大地”能不能锄到状况就要靠运气了。在这里推荐一种更有效的方法。使用此方法只需花费一半的精力即可获得两倍的结果,而且故障点通常可以很快找到。 板故障 工业控制中使用了越来越多的板,许多板使用金手指插入插槽。由于恶劣的工业现场环境,多尘,潮湿和腐蚀性气体环境,很容易引起电路板的不良接触故障。许多朋友可以通过更换板来解决问题,但是购买板的成本非常可观,尤其是某些进口设备的板。实际上,您不妨使用橡皮擦几次擦金手指,清除金手指上的污垢,然后重试机器。

    时间:2021-02-23 关键词: 电阻 运算放大器 开关电源

  • 作为电子工程师需要知道的关于开关电源常见的一些知识点

    作为电子工程师需要知道的关于开关电源常见的一些知识点

    首先让我说说开关电源的理论基础:我们是电源工程师,分为两类,一类从事研究,另一类从事工程。所谓的研究就是研究各种新技术,新材料,新工艺,新拓扑结构等。这些人需要很高的理论基础,当然,他们必须具有很高的学历,例如数学,电磁学,电子学,自动控制等,各个专业,各方面都很棒。另一种类型是我们最常见的电源工程师,它是在公司开发部门工作的电子工程师。让我们谈谈开关电源的一些基本知识。 大多数同行下意识地认为,开关电源的输出电压是恒定且不可调节的。实际上,相当多的开关电源制造商在考虑实际使用中的电源距离和线损后,通常在开关电源的输出端子排附近设置一个电位计,以调节开关电源的输出电压。但是,应该指出的是,由于反激式开关电源的电路特性,电位器可以改变的电压值被限制在一定范围内,大部分在±15%左右。 电阻。电阻是各种电子电路里面最基础的原件,电阻在开关电源里面的应用主要有各种控制返回电路的分压网络,然后就是吸收回路里面的功率耗散。我们设计中必须关注的有电阻的封装,功耗,耐压,精度。 几乎每个开关电源都会在电路中放置一个LED发光二极管,以指示开关电源的工作状态。实际上,它还具有一定的故障类型警告功能:在使用过程中当LED发光二极管出现闪烁状态时,表明连接到开关电源输出端子的负载有过载或短路的现象。过错!如果在这种情况下除去连接的负载,LED指示灯仍会闪烁,这表示开关电源稳压电路或电压采样电路(其中大多数是PC817光耦合器+参考电压集成电路TL431体系结构)存在问题。 三极管。三极管在开关电源中有两种用途:首先,作为开关管。现在开关电源的开关管主要包括MOS管,三极管,IGBT。第二:做信号处理。在开关电源的控制电路中,最常用的晶体管是在保护电路中进行简单的小信号开关,然后再制成线性稳压电源(主电路中的辅助电源)。 对于使用多输出电压开关电源的用户,还应注意开关电源输出处的“公共接地”问题-这里所说的“接地”不是交流电源的接地。侧,但指的是开关电源的直流输出。 GND / COM的电压。 diangon.com的某些开关电源的DC输出端采用“共地”模式,即输出端的所有电压均为单端GND / COM。但是,某些开关电源在使用过程中会考虑电磁干扰和其他问题。直流输出端子上每个电压的GND / COM分别隔离。通常,使用GND1,GND2 / COM1,COM2等在端子板上进行注释,因此在使用它时,每个人都应注意。 二极管。正向导通,反向截止。知道什么是二极管结电容,二极管的关断时间,反向耐压,正向导通电压,正向持续电流,脉冲电流这些概念就OK了,基本够用了。工作中遇到问题,然后再回头看书。 运算放大器。这件事在电源设计中确实很重要。学校的老师必须明白这是不能妥协的。反馈放大器,电流放大器和各种放大器的设计和计算是基础。至于频率特性和相位特性,了解是否具备此能力也非常有用。暂时将其他事情放在一边,不要固守理论。 作为由电子部件组成的设备,开关电源在使用和安装过程中还必须考虑两个细节:一是开关电源在安装时需要采取抗电磁干扰的措施。当变频器,软起动器,中高频炉,伺服控制器等设备的电气控制箱时,应采取开关电源的接地措施。其次,开关电源作为一种电力设备,在实际使用中还应考虑自身的散热问题。这就要求我们的一般维修电工要从实际情况入手,并事先做好相应的准备。 电容。电容器的分类:电解电容器,最常用的整流滤波电容器。电解电容器分为极性。如果极性接反,则电容器将发生化学反应,并发生短路和爆炸。电解电容器的主要参数:耐电压,电容值,等效电阻(esr),工作温度,使用寿命,外形尺寸。陶瓷电容器,金属膜电容器,这些电容器无极性且ESR低。它们通常用于高频旁路。

    时间:2021-02-23 关键词: 电容 电阻 开关电源

  • 原来,开关电源“Y电容”都是这样计算的!

    时间:2021-02-23 关键词: 电容 开关电源

  • 关于开关电源转换器中的SiC器件的性能,你了解吗?

    关于开关电源转换器中的SiC器件的性能,你了解吗?

    随着社会的飞速发展,我们的碳化硅场效应晶体管也在迅速发展,那么您知道碳化硅场效应晶体管的详细分析吗?接下来,让小编带领您学习更多有关的知识。 在过去的几十年中,半导体行业采取了许多措施来改善硅基MOSFET(寄生参数),以满足开关转换器(开关电源)设计者的需求。行业效率标准的双重作用和市场对效率技术的需求导致对可用于构建更高效,更紧凑的电源解决方案的半导体产品的巨大需求。这需要宽带隙(WBG)技术设备,例如碳化硅场效应晶体管(SiC MOSFET)。 第一代半导体材料主要是指广泛使用的硅(Si)和锗元素(Ge)半导体材料,包括集成电路,电子信息网络工程,计算机,移动电话,电视,航空航天,各种军事工程和快速发展的半导体。新能源和硅光伏产业得到了极为广泛的应用。第二代半导体材料主要是指砷化镓(GaAs)和锑化铟(InSb)等化合物半导体材料,主要用于生产高速,高速,高频,高功率和发光电子设备(LED)。高性能微波,毫米波设备和发光设备的优良材料。硅基器件在600V以上的高压和大功率应用中已达到其性能极限;为了提高高压/大功率器件的性能,诞生了第三代半导体材料SiC(宽带隙)。 它们可以提供设计人员所需的较低寄生参数,以满足开关电源(SMPS)的设计要求。推出650V碳化硅场效应晶体管器件后,它可以补充以前仅1200V碳化硅场效应器件的设计要求。碳化硅场效应晶体管(SiC MOSFET)之前从未考虑过硅场效应晶体管(Si MOSFET)。应用变得更具吸引力。 SIC材料具有明显的性能优势。 SiC和GaN是第三代半导体材料。与第一代和第二代半导体材料相比,它们具有更宽的带隙,更高的击穿电场和更高的导热率。它们也被称为广泛禁止。对于半导体材料,它特别适用于5G射频设备和高压功率设备。 碳化硅MOSFET越来越多地用于千瓦级功率级应用,涵盖电源,服务器电源以及电动汽车电池充电器快速增长的市场。碳化硅MOSFET之所以如此具有吸引力,是因为它们具有比硅器件更好的可靠性。内部二极管的使用,例如图腾电源的连续传导模式(CCM)功率因数校正(PFC),是在因数校正器的硬开关拓扑中设计的,可以充分利用碳化硅MOSFET。 SIC功率器件(例如SICMOS)的导通电阻低于基于Si的IGBT。这反映在产品上,这意味着减小了尺寸,从而减小了尺寸,并且开关速度很快,并且功耗与传统电源相比。设备应大大减少。 碳化硅CoolSiC器件的体二极管的正向电压(VF)是硅CoolMOS器件的正向电压的四倍。如果未相应调整电路,则谐振LLC转换器的效率在轻负载下可能会下降多达0.5%。设计人员还应注意,如果要在CCM Totem PFC设计中实现最高峰值效率,则必须通过打开碳化硅MOSFET通道而不是仅使用体二极管来增加电压。 需要注意的一个问题是确保不允许栅极-源极关断电压(VGS)变得太负。理想情况下,不应施加负关断电压,但在实际设计电路时,设计工程师应在原型生产过程中进行检查,以减少电路电压振荡,并且不让振荡电压影响栅极-源极关断电压 。变为负值。当VGS低于-2V并且持续时间超过15ns时,栅极阈值电压(VGS(th))可能会漂移,从而导致RDS(on)的增加和整个应用生命周期中系统效率的降低。 SiC是一种宽带隙材料,其击穿场强比Si基半导体材料更适合大功率应用场合;高功率利用效率:SiC是一种宽带隙材料,其击穿场强优于Si基半导体材料。半导体材料更适合大功率应用场景;无效热量低:开关频率高且速度快,从而减少了无效热量并简化了电路和冷却系统。以上是对碳化硅场效应晶体管相关知识的详细分析。我们需要继续积累实践经验,以设计更好的产品和更好地发展我们的社会。

    时间:2021-02-06 关键词: 转换器 SiC器件 开关电源

  • 超详细!开关电源基础知识讲解

    一、前言:PC电源知多少 个人PC所采用的电源都是基于一种名为“开关模式”的技术,所以我们经常会将个人PC电源称之为——开关电源 (Switching Mode Power Supplies,简称SMPS),它还有一个绰号——DC-DC转化器。本次文章我们将会为您解读开关电源的工作模式和原理、开关电源内部的元器件的介 绍以及这些元器件的功能。 ●线性电源知多少 目前主要包括两种电源类型:线性电源(linear)和开关电源(switching)。线性电源的工作原理是首先将127 V或者220 V市电通过变压器转为低压电,比如说12V,而且经过转换后的低压依然是AC交流电;然后再通过一系列的二极管进行矫正和整流,并将低压AC交流电转化为 脉动电压(配图1和2中的“3”); 下一步需要对脉动电压进行滤波,通过电容完成,然后将经过滤波后的低压交流电转换成DC直流电(配图1和2中的 “4”);此时得到的低压直流电依然不够纯净,会有一定的波动(这种电压波动就是我们常说的纹波),所以还需要稳压二极管或者电压整流电路进行矫正。最 后,我们就可以得到纯净的低压DC直流电输出了(配图1和2中的“5”) 配图1:标准的线性电源设计图 配图2:线性电源的波形 尽管说线性电源非常适合为低功耗设备供电,比如说无绳电话、PlayStation/Wii/Xbox等游戏主机等等,但是对于高功耗设备而言,线性电源将会力不从心。 对于线性电源而言,其内部电容以及变压器的大小和AC市电的频率成反比:也即说如果输入市电的频率越低时,线性电源就需要越大的电容和变压器, 反之亦然。由于当前一直采用的是60Hz(有些国家是50Hz)频率的AC市电,这是一个相对较低的频率,所以其变压器以及电容的个头往往都相对比较大。此外,AC市电的浪涌越大,线性电源的变压器的个头就越大。 由此可见,对于个人PC领域而言,制造一台线性电源将会是一件疯狂的举动,因为它的体积将会非常大、重量也会非常的重。所以说个人PC用户并不适合用线性电源。 ●开关电源知多少 开关电源可以通过高频开关模式很好的解决这一问题。对于高频开关电源而言,AC输入电压可以在进入变压器之前升压(升压前一般是50-60 KHz)。 随着输入电压的升高,变压器以及电容等元器件的个头就不用像线性电源那么的大。这种高频开关电源正是我们的个人PC以及像VCR录像机这样的设 备所需要的。 需要说明的是,我们经常所说的“开关电源”其实是“高频开关电源”的缩写形式,和电源本身的关闭和开启式没有任何关系的。 事实上,终端用户的PC的电源采用的是一种更为优化的方案:闭回路系统(closed loop system)——负责控制开关管的电路,从电源的输出获得反馈信号,然后根据PC的功耗来增加或者降低某一周期内的电压的频率以便能够适应电源的变压器 (这个方法称作PWM,Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)。 所以说,开关电源可以根据与之相连的耗电设备的功耗的大小来自我调整,从而可以让变压器以及其他的元器件带走更少 量的能量,而且降低发热量。 反观线性电源,它的设计理念就是功率至上,即便负载电路并不需要很大电流。这样做的后果就是所有元件即便非必要的时候也工作在满负荷下,结果产生高很多的热量。 二、看图说话:图解开关电源 下图3和4描述的是开关电源的PWM反馈机制。图3描述的是没有PFC(Power Factor Correction,功率因素校正) 电路的廉价电源,图4描述的是采用主动式PFC设计的中高端电源。 图3:没有PFC电路的电源 图4:有PFC电路的电源 通过图3和图4的对比我们可以看出两者的不同之处:一个具备主动式PFC电路而另一个不具备,前者没有110/220 V转换器,而且也没有电压倍压电路。下文我们的重点将会是主动式PFC电源的讲解。   为了让读者能够更好的理解电源的工作原理,以上我们提供的是非常基本的图解,图中并未包含其他额外的电路,比如说短路保护、待机电路以及PG信 号发生器等等。当然了,如果您还想了解一下更加详尽的图解,请看图5。如果看不懂也没关系,因为这张图本来就是为那些专业电源设计人员看的。 图5:典型的低端ATX电源设计图(图片可能不太清晰建议大家拖出来看) 你可能会问,图5设计图中为什么没有电压整流电路?事实上,PWM电路已经肩负起了电压整流的工作。输入电压在经过开关管之前将会再次校正,而 且进入变压器的电压已经成为方形波。所以,变压器输出的波形也是方形波,而不是正弦波。由于此时波形已经是方形波,所以电压可以轻而易举的被变压器转换为 DC直流电压。也就是说,当电压被变压器重新校正之后,输出电压已经变成了DC直流电压。这就是为什么很多时候开关电源经常会被称之为DC-DC转换器。 馈送PWM控制电路的回路负责所有需要的调节功能。如果输出电压错误时,PWM控制电路就会改变工作周期的控制信号以适应变压器,最终将输出电压校正过来。这种情况经常会发生在PC功耗升高的时,此时输出电压趋于下降,或者PC功耗下降的时,此时输出电压趋于上升。 在看下一页时,我们有必要了解一下以下信息: 在变压器之前的所有电路及模块称为“primary”(一次侧),在变压器之后的所有电路及模块称为“secondary”(二次侧); 采用主动式PFC设计的电源不具备110 V/ 220 V转换器,同时也没有电压倍压器; 对于没有PFC电路的电源而言,如果110 V / 220 V被设定为110 V时,电流在进入整流桥之前,电源本身将会利用电压倍压器将110 V提升至220 V左右; PC电源上的开关管由一对功率MOSFET管构成,当然也有其他的组合方式,之后我们将会详解; 变压器所需波形为方形波,所以通过变压器后的电压波形都是方形波,而非正弦波; PWM控制电流往往都是集成电路,通常是通过一个小的变压器与一次侧隔离,而有时候也可能是通过耦合芯片(一种很小的带有LED和光电晶体管的IC芯片)和一次侧隔离; PWM控制电路是根据电源的输出负载情况来控制电源的开关管的闭合的。如果输出电压过高或者过低时,PWM控制电路将会改变电压的波形以适应开关管,从而达到校正输出电压的目的; 下一页我们将通过图片来研究电源的每一个模块和电路,通过实物图形象的告诉你在电源中何处能找到它们。 三、看图说话:电源内部揭秘 当你第一次打开一台电源后(确保电源线没有和市电连接,否则会被电到),你可能会被里面那些奇奇怪怪的元器件搞得晕头转向,但是有两样东西你肯定认识:电源风扇和散热片。 开关电源内部 但是您应该很容易就能分辨出电源内部哪些元器件属于一次侧,哪些属于二次侧。一般来讲,如果你看到一个(采用主动式PFC电路的电源)或者两个(无PFC电路的电源)很大的滤波电容的话,那一侧就是一次侧。 一般情况下,在电源的两个散热片之间都会安排3个变压器,比如说图7所示,主变压器是最大个的那颗;中等“体型”的那颗往往负责+5VSB输 出,而最小的那颗一般用于PWM控制电路,主要用于隔离一次侧和二次侧部分(这也是为什么在上文图3和图4中的变压器上贴着“隔离器”的标签)。有些电源 并不把变压器当“隔离器”来用,而是采用一颗或者多颗光耦(看起来像是IC整合芯片),也即说采用这种设计方案的电源只有两个变压器——主变压器和辅变压 器。 电源内部一般都有两个散热片,一个属于一次侧,另一个属于二次侧。如果是一台主动式PFC电源,那么它的在一次侧的散热片上,你可以看到开关 管、PFC晶体管以及二极管。这也不是绝对的,因为也有些厂商可能会选择将主动式PFC组件安装到独立的散热片上,此时在一次侧会有两个散热片。 在二次侧的散热片上,你会发现有一些整流器,它们看起来和三极管有点像,但事实上,它们都是由两颗功率二极管组合而成的。 在二次侧的散热片旁边,你还会看到很多电容和电感线圈,共同共同组成了低压滤波模块——找到它们也就找到了二次侧。 区分一次侧和二次侧更简单的方法就是跟着电源的线走。一般来讲,与输出线相连的往往是二次侧,而与输入线相连的是一次侧(从市电接入的输入线)。如图7所示。 区分一次侧和二次侧 以上我们从宏观的角度大致介绍了一下一台电源内部的各个模块。下面我们细化一下,将话题转移到电源各个模块的元器件上来…… 四、瞬变滤波电路解析 市电接入PC开关电源之后,首先进入瞬变滤波电路(Transient Filtering),也就是我们常说的EMI电路。下图8描述的是一台PC电源的“推荐的”的瞬变滤波电路的电路图。 瞬变滤波电路的电路图 为什么要强调是“推荐的”的呢?因为市面上很多电源,尤其是低端电源,往往会省去图8中的一些元器件。所以说通过检查EMI电路是否有缩水就可以来判断你的电源品质的优劣。 EMI电路电路的主要部件是MOV (l Oxide Varistor,金属氧化物压敏电阻),或者压敏电阻(图8中RV1所示),负责抑制市电瞬变中的尖峰。MOV元件同样被用在浪涌抑制器上(surge suppressors)。尽管如此,许多低端电源为了节省成本往往会砍掉重要的MOV元件。对于配备MOV元件电源而言,有无浪涌抑制器已经不重要了, 因为电源已经有了抑制浪涌的功能。 图8中的L1 and L2是铁素体线圈;C1 and C2为圆盘电容,通常是蓝色的,这些电容通常也叫“Y”电容;C3是金属化聚酯电容,通常容量为100nF、470nF或680nF,也叫“X”电容;有 些电源配备了两颗X电容,和市电并联相接,如图8 RV1所示。 X电容可以任何一种和市电并联的电容;Y电容一般都是两两配对,需要串联连接到火、零之间并将两个电容的中点通过机箱接地。也就是说,它们是和市电并联的。 瞬变滤波电路不仅可以起到给市电滤波的作用,而且可以阻止开关管产生的噪声干扰到同在一根市电上的其他电子设备。 一起来看几个实际的例子。如图9所示,你能看到一些奇怪之处吗?这个电源居然没有瞬变滤波电路!这是一款低廉的“山寨”电源。请注意,看看电路板上的标记,瞬变滤波电路本来应该有才对,但是却被丧失良知的黑心JS们带到了市场里。 这款低廉的“山寨”电源没有瞬变滤波电路 再看图10实物所示,这是一款具备瞬变滤波电路的低端电源,但是正如我们看到的那样,这款电源的瞬变滤波电路省去了重要的MOV压敏电阻,而且只有一个铁素体线圈;不过这款电源配备了一个额外的X电容。 低端电源的EMI电路 瞬变滤波电路分为一级EMI和二级EMI,很多电源的一级EMI往往会被安置在一个独立的PCB板上,靠近市电接口部分,二级EMI则被安置在电源的主PCB板上,如下图11和12所示。 一级EMI配备了一个X电容和一个铁素体电感   再看这款电源的二级EMI。在这里我们能看到MOV压敏电阻,尽管它的安置位置有点奇怪,位于第二个铁素体的后面。总体而言,应该说这款电源的EMI电路是非常完整的。 完整的二级EMI 值得一提的是,以上这款电源的MOV压敏电阻是黄色的,但是事实上大部分MOV都是深蓝色的。 此外,这款电源的瞬变滤波电路还配备了保险管(图8中F1所示)。需要注意了,如果你发现保险管内的保险丝已经烧断了,那么可以肯定的是,电源内部的某个或者某些元器件是存在缺陷的。如果此时更换保险管的话是没有用的,当你开机之后很可能再次被烧断。 五、倍压器和一次侧整流电路 ●倍压器和一次侧整流电路 上文已经说过,开关电源主要包括主动式PFC电源和被动式PFC电源,后者没有PFC电路,但是配备了倍压器(voltage doubler)。倍压器采用两颗巨大的电解电容,也就是说,如果你在电源内部看到两颗大号电容的话,那基本可以判断出这就是电源的倍压器。前面我们已经 提到,倍压器只适合于127V电压的地区。 两颗巨大的电解电容组成的倍压器 拆下来看看   在倍压器的一侧可以看到整流桥。整流桥可以是由4颗二极管组成,也可以是由单个元器件组成,如图15所示。高端电源的整流桥一般都会安置在专门的散热片上。 整流桥 在一次侧部分通常还会配备一个NTC热敏电阻——一种可以根据温度的变化改变电阻值的电阻器。NTC热敏电阻是Negative Temperature Coefficient的缩写形式。它的作用主要是用来当温度很低或者很高时重新匹配供电,和陶瓷圆盘电容比较相似,通常是橄榄色。 6、主动式PFC电路 ●主动式PFC电路 毫无疑问,这种电路仅可以在配有主动PFC电路的电源中才能看到。图16描述的正是典型的PFC电路: 主动式PFC电路图       主动式PFC电路通常使用两个功率MOSFET开关管。这些开关管一般都会安置在一次侧的散热片上。为了易于理解,我们用在字母标记了每一颗MOSFET开关管:S表示源极(Source)、D表示漏极(Drain)、G表示栅极(Gate)。 PFC二极管是一颗功率二极管,通常采用的是和功率晶体管类似的封装技术,两者长的很像,同样被安置在一次侧的散热片上,不过PFC二极管只有两根针脚。 PFC电路中的电感是电源中最大的电感;一次侧的滤波电容是主动式PFC电源一次侧部分最大的电解电容。图16中的电阻器是一颗NTC热敏电阻,可以更加温度的变化而改变电阻值,和二级EMI的NTC热敏电阻起相同的作用。 主动式PFC控制电路通常基于一颗IC整合电路,有时候这种整合电路同时会负责控制PWM电路(用于控制开关管的闭合)。这种整合电路通常被称为 “PFC/PWM combo”。 照旧,先看一些实例。在图17中,我们将一次侧的散热片去除之后可以更好的看到元器件。左侧是瞬变滤波电路的二级EMI电路,上文已经详细介绍 过;再看左侧,全部都是主动式PFC电路的组件。 由于我们已经将散热片去除,所以在图片上已经看不到PFC晶体管以及PFC二极管了。此外,稍加留意的话 可以看到,在整流桥和主动式PFC电路之间有一个X电容(整流桥散热片底部的棕色元件)。通常情况下,外形酷似陶制圆盘电容的橄榄色热敏电阻都会有橡胶皮 包裹。 主动式PFC元器件 图18是一次侧散热片上的元件。这款电源配备了两个MOSFET开关管和主动式PFC电路的功率二极管: 开关管、功率二极管 下面我们将重点介绍开关管…… 7、开关管 ●开关管 开关电源的开关逆变器可以有多种模式,我们总结了一下几种情况: 模式 开关管数量 二极管数量 电容数量 变压器针脚 单端正激 1 1 1 4 双管正激 2 2 0 2 半桥 2 0 2 2 全桥 4 0 0 2 推挽 2 0 0 3 当然了,我们只是分析某种模式下到底需要多少元器件,事实上当工程师们在考虑采用哪种模式时还会受到很多因素制约。 目前最流行的两种模式是双管正激(two-transistor forward)和全桥式(push-pull)设计,两者均使用了两颗开光管。这些被安置在一次侧散热片上的开光管我们已经在上一页有所介绍,这里就不做过多赘述。 以下是这五种模式的设计图: 单端正激(Single-transistor forward configuration) 双管正激(Two-transistor forward configuration) 半桥(Half bridge configuration) 全桥(Full bridge configuration) 推挽(Push-pull configuration) 8、变压器和PWM控制电路 ●变压器和PWM控制电路 先前我们已经提到,PC电源一般都会配备3个变压器:个头最大的那颗是之前图3、4和图19-23上标示出来的主变压器,它的一次侧与开关管相连,二次侧与整流电路与滤波电路相连,可以提供电源的低压直流输出(+12V,+5V,+3.3V,-12V,-5V)。 最小的那颗变压器负载+5VSB输出,通常也成为待机变压器,随时处于“待命状态”,因为这部分输出始终是开启的,即便是PC电源处于关闭状态也是如此。 第三个变压器是隔离器,将PWM控制电路和开关管相连。并不是所有的电源都会装备这个变压器,因为有些电源往往会配备具备相同功能的光耦整合电路。 变压器 这台电源采用的是光耦整合电路,而不是变压器        PWM控制电路基于一块整合电路。一般情况下,没有装备主动式PFC的电源都会采用TL494整合电路(下图26中采用的是可兼容的 DBL494整合芯片)。具备主动式PFC电路的电源里,有时候也会采用一种用来取代PWM芯片和PFC控制电路的芯片。CM6800芯片就是一个很好的 例子,它可以很好的集成PWM芯片和PFC控制电路的所有功能。 PWM控制电路 9、二次侧(一) ●二次侧 最后要介绍的是二次侧。在二次侧部分,主变压器的输出将会被整流和过滤,然后输出PC所需要的电压。-5 V和–12 V的整流是只需要有普通的二极管就能完成,因为他们不需要高功率和大电流。 不过+3.3 V, +5 V以及+12 V等正压的整流任务需要由大功率肖特基整流桥才行。这种肖特基有三个针脚,外形和功率二极管比较相似,但是它们的内部集成了两个大功率二极管。二次侧整流 工作能否完成是由电源电路结构决定,一般有可能会有两种整流电路结构,如图27所示: 整流模式   模式A更多的会被用于低端入门级电源中,这种模式需要从变压器引出三个针脚。模式B则多用于高端电源中,这种模式一般只需要配备两个变压器,但是铁素体电感必须够大才行,所以这种模式成本较高,这也是为什么低端电源不采用这种模式的主要原因。   此外,对于高端电源而言,为了提升最大电流输出能力,这些电源往往会采用两颗二极管并联的方式将整流电路的最大电流输出提升一倍。   无论是高端还是低端电源,其+12 V和+5 V的输出都配备了完整的整流电路和滤波电路,所以所有的电源至少都需要2组图27所示的整流电路。 对于3.3V输出而言,有三种选项可供选择: 在+5 V输出部分增加一个3.3V的电压稳压器,很多低端电源都是采用的这种设计方案; 为3.3 V输出增加一个像图27所示的完整的整流电路和滤波电路,但是需要和5 V整流电路共享一个变压器。这是高端电源比较普通的一种设计方案。 采用一个完整的独立的3.3V整流电路和滤波电路。这种方案非常罕见,仅在少数发烧级顶级电源中才可能出现,比如说安耐美的银河1000W。 由于3.3V输出通常是完全公用5V整流电路(常见于低端电源)或者部分共用(常见于高端电源中),所以说3.3V输出往往会受到5V输出的限制。这就是为什么很多电源要在铭牌中注名“3.3V和5V联合输出”。 下图28是一台低端电源的二次侧。这里我们可以看到负责产生PG信号的整合电路。通常情况下,低端电源都会采用LM339整合电路。 二次侧 此外,我们还可以看到一些电解电容(这些电容的个头和倍压器或者主动式PFC电路的电容相比要小的多)和电感,这些元件主要是负责滤波功能。 为了更清晰的观察这款电源,我们将电源上的飞线以及滤波线圈全部移除,如图29所示。在这里我们能看到一些小的二极管,主要用于-12 V and –5 V的整流,通过的电流非常小(这款电源只要0.5A)。其他的电压输出的电流至少要1A,这需要功率二极管负责整流。 –12 V以及–5V负压电路的整流二极管 10、二次侧(二) ●二次侧(2) 下图描述的是低端电源二次侧散热片上的元器件: 二次侧散热片上的元器件 从左至右依次为: 稳压器IC芯片——尽管它有三个针脚而且看起来和三极管非常相似,但是它却是可IC芯片。这款电源采用的是7805稳压器(5V稳压器),负 责+5VSB的稳压。之前我们已经提到过,+5VSB采用的是独立的输出电路,因为它即便是在PC处于断电状态时依然需要向+5VSB提供+5 V输出。这就是为什么+5VSB输出也通常会被称之为“待机输出”。7805 IC最大可以提供1A的电流输出。 功率MOSFET晶体管,主要负责3.3V输出。这款电源的MOSFET型号为PHP45N03LT,最大可允许45A的电流通过。上一页我们已经提到,只有低端电源才会采用和5V共享的3.3V稳压器。 功率肖特基整流器,由两个二极管整合而成。这款电源的肖特基型号为STPR1620CT,它的每颗二极管最大可允许8A的电流通过(总共为16A)。这种功率肖特基整流器通常被用于12V输出。 另一颗功率肖特基整流器。这款电源采用的型号是E83-004,最大可允许60A电流通过。这种功率整流器常被用于+5 V和+ 3.3 V输出。因为+5 V和+ 3.3 V输出采用的是同一个整流器,所以它们的总和不能超过整流器的电流限制。这就是我们常说的联合输出的概念。换句话说就是3.3V输出来自5V输出。和其他 各路输出不同,变压器没有3.3V输出。这种设计常用于低端电源。高端电源一般都会采用独立的+3.3 V和+5 V输出。 下面来看看高端电源的二次侧主要元件: 高端电源二次侧的元件 高端电源二次侧的元件 这里我们可以看到: 两颗并联的负责12V输出的功率肖特基整流器。低端电源往往只有一颗这样的整流器。这种设计自然让整流器的最大电流输出翻了一倍。这款电源采用的是两颗STPS6045CW肖特基整流器,每颗最大可运行60A电流通过。 一颗负责5V输出的肖特基整流器。这款电源采用的是STPS60L30CW整流器,最大可允许60A电流通过。 一颗负责3.3V输出的肖特基整流器,这是高端电源和低端电源的主要区别(低端电源往往没有单独的3.3V输出)。这款电源采用的是STPS30L30CT肖特基,最大可允许30A电流通过。 一颗电源保护电路的稳压器。这也是高端电源的象征。 主要指出的是,以上我们所说的最大电流输出是仅仅是相对于单个元器件而言的。一款电源的最大电流输出实际上要取决于与之相连的很多元器件的品 质,比如说线圈电感、变压器、线材的粗细以及PCB电路板的宽窄等等。我们可以通过整流器的最大电流和输出的电压相乘得出电源理论上的最大功率。比如说, 最后一张图中的电源的12V输出最大功率应该为16A*12V=192W。 来源:电子电路 版权归原作者所有,如有侵权,请联系删除。 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2021-02-04 关键词: DC-DC转化器 开关电源

  • 权威认证!金升阳获IECEx及ATEX防爆安全双项证书

    权威认证!金升阳获IECEx及ATEX防爆安全双项证书

    近日,经过第三方权威认证检测机构TÜV SÜD技术文件审查、产品测试和体系多重审核后,广州金升阳科技有限公司(以下简称“金升阳”)获开关电源ATEX型式认证证书、QAN防爆体系审核证书以及IECEx CoC证书。 伴随着工业化发展新进程,产品可靠及防爆安全越来越被行业所重视。而ATEX以及IECEx指令作为国际防爆认证体系,是协助企业进行安全生产的重要保障。金升阳获此证书,意味着所生产的LIF120-10B12R2-EX、LIF120-10B24R2-EX等一系列开关电源产品,已经达到了欧洲领先的防爆标准,有助于产品缩短认证周期,尽快满足国际市场的要求。 先进技术是企业竞争力最直观表现,而过硬的质量保证则是维系与用户群体的纽带。多年来,金升阳专注于开关电源的创新和开发,严抓质量源头控制和体系建设。深入把握用户实际需求,通过不断改进产品,以保证其在各种特殊应用领域的高可靠性和高稳定性。依托自身的可靠性保障系统(七大可靠性保障平台:服务平台、流程管控平台、技术平台、人员培训平台、生产制造平台、失效分析模型平台和物料平台),为行业发展树立了质量安全标杆。值得一提的是,作为行业领先的高新技术企业,金升阳立足于产品质量、创新基础上,始终保持前瞻性战略布局眼光。以新基建为代表的新机遇正为各行业提供无限可能,金升阳加速布局国产化道路,抢占新一轮发展契机。在由中国“制造”向中国“智造”转型升级的道路上,技术积累和质量保证缺一不可。金升阳通过获得IECEx及ATEX防爆安全双项认证证书,进一步扩展了工业电源领域的版图。遵循自主研发、自主创新多元化布局,不断用高品质产品服务世界。

    时间:2021-02-02 关键词: 金升阳 防爆 开关电源

  • 开关电源“Y电容”都是这样计算的!

    开关电源基本原理图 1.一次电路(Primary Circuit) : 直接与外部电网电源连接的. 2.二次电路(Secondary Circuit): 位于设备内与一次侧相隔离的那部分电路. 3.Y-电容(Y-Capacitor): 跨接于一次电路与地或一,二次电路之间的高压电容. 开关电源接地、漏电流、耐压测试(安规) 1.接地连续性测试(Ground Continuity Test): A.定义: 从Inlet PG 端上通过电流至使用者可接触的接地端,确保其阻值小于规格值,达到接地保护的功用. B.标淮: 1.输入电流不大于25A,(DC or AC)电压不超过12V,时间至少3秒(TUV要求). 2.测试结果:电阻值不得大于100 mΩ. 2.接地泄漏电流测试(Earth Leakage Current Test): A.定义: 通过一个被安规单位(UL,TUV,CSA…)认可的“人体阻抗模拟电路”,测量当待测物 (SPS)接通电源时在可触到的金属部件与地之间流经人体的电流量. B.标淮: 1.输入电压为额定电压上限的106%. 2.测试结果:Class I≦3.5mA;Class II≦0.25mA. 3.耐压测试(Dielectric Withstand Voltage Test): A.定义: 又称高电压介电测试,即 Hi-pot(High Potential)Test,从一次侧对二次侧(或一次侧对地)之间实施高电压以确定内部绝缘层有隔离危险电压的功用. B.标淮: 1.输入电压为下列所示: 2.测试结果:不可有绝缘击穿现象(Breakdown). 耐压测试交流与直流之区别 耐压测试之漏电流计算方法 1. DC 测试之漏电流设定: DC 测试电流非常小(μA),一般一次侧对二次侧之间实施DC高电压,漏电流设定:0μA~100μA. 2. AC 测试之漏电流理论计算: 计算公式:I =2π*f*V*Cy 其中: f— 测试电压频率 ( 50Hz or 60Hz ) V— 测试电压 ( unit : volt ) Cy—跨接于一次侧与地或一,二次侧之间的Y电容总和. 所以:Imin = 2π*f*V*Cymin Imax = 2π*f*V*Cymax Cy 电容计算 ::Cy =Cy1 Cy2 Cy3 … 若一次侧地与二次侧地之间跨接一颗Y电容(Cy0 ),则: Y电容公差一般为 :/-20% OR /-10% 3. 实际设定AC 测试漏电流时需考虑下列因素: 1.考虑初始漏电流 : 初始漏电流即在无待测物状态下,所测得的漏电流. 2.考虑Y电容公差 : 电源工程师在选择同一颗容量大小的Y电容时,往往有几个型号,但其公差不一样(有的是 /-10%;有的是 /-20%),给实际漏电流设置带来麻烦,因此我们应该按 /-20% 公差去设定.否则须依 /-10% 公差去设定. 3.考虑实际线路中存在的分散电容,因此漏电流范围设定:(下限取整 :上限入整) END 版权归原作者所有,如有侵权,请联系删除。

    时间:2021-01-29 关键词: 计算 Y电容 开关电源

  • 跟着老鸟学习如何抑制开关电源的五种纹波噪声?

    1 低频纹波 低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。由于开关电源体积的限制,电解电容的容量不可能无限制地增加,导致输出低频纹波的残留,该输出纹波频率随整流电路方式的不同而不同。 一般的开关电源由AC/DC和DC/DC两部分组成。AC/DC的基本结构为整流滤波电路,它输出的直流电压中含有交流低频纹波,其频率为输入交流电源频率的二倍,幅值与电源输出功率及滤波电容容量有关,一般控制在10%以内。该交流纹波经DC/DC变换器衰减后,在开关电源输出端表现为低频噪声,其大小由DC/DC变换器的变比和控制系统的增益决定。 (低频纹波) 例如:对普通24V电源来说,电压型控制DC/DC变换器的纹波抑制比一般为45~50dB,其输出端的低频交流纹波有效值为60~120mV。电流型控制DC/DC变换器的纹波抑制比稍有提高,但其输出端的低频交流纹波仍较大。若要实现开关电源的低纹波输出,则必须对低频电源纹波采取滤波措施。可采用前级预稳压和增大DC/DC变换器闭环增益来消除。 2 低频纹波的抑制 a、加大输出低频滤波的电感,电容参数,使低频纹波降低到所需的指标。 b、采用前馈控制方法,降低低频纹波分量。 3 高频纹波 高频纹波噪声来源于高频功率开关变换电路,在电路中,通过功率器件对输入直流电压进行高频开关变换而后整流滤波再实现稳压输出的,在其输出端含有与开关工作频率相同频率的高频纹波,其对外电路的影响大小主要和开关电源的变换频率、输出滤波器的结构和参数有关,设计中尽量提高功率变换器的工作频率,可以减少对高频开关纹波的滤波要求。 (高频纹波) 4 高频纹波的抑制 a、提高开关电源工作频率,以提高高频纹波频率,有利于抑制输出高频纹波。 b、加大输出高频滤波器,可以抑制输出高频纹波。 c、采用多级滤波。 5 共模纹波噪声 由于功率器件与散热器底板和变压器原、副边之间存在寄生电容,导线存在寄生电感,因此当矩形波电压作用于功率器件时,开关电源的输出端因此会产生共模纹波噪声。减小与控制功率器件、变压器与机壳地之间的寄生电容,并在输出侧加共模抑制电感及电容,可减小输出的共模纹波噪声。 6 共模纹波噪声 a.输出采用专门设计的EMI滤波器 b.降低开关毛刺幅度 7 超高频谐振噪声 超高频谐振噪声主要来源于高频整流二极管反向恢复时二极管结电容、功率器件开关时功率器件结电容与线路寄生电感的谐振,频率一般为1~10MHz,通过选用软恢复特性二极管、结电容小的开关管和减少布线长度等措施可以减少超高频谐振噪声。 (超高频谐振噪声) 8 超高频谐振噪声的抑制 通过选用软恢复特性二极管、结电容小的开关管和减少布线长度等措施可以减少超高频谐振噪声。 9 闭环调节控制引起的纹波噪声 开关电源都需对输出电压进行闭环控制,调节器参数设计的不适当也会引起纹波。当输出端波动时通过反馈网络进入调节器回路,可能导致调节器的自激振荡,引起附加纹波。此纹波电压一般没有固定的频率。 (闭环调节控制引起的纹波噪声) 10 闭环调节控制引起的纹波噪声的抑制 在开关直流电源中,往往因调节器参数选择不适当会引起输出纹波的增大,这部分纹波可通过以下方法进行抑制。 a、在调节器输出增加对地的补偿网络,调节器的补偿可抑制调节器自激引起的纹波增大。 b、合理选择闭环调节器的开环放大倍数和闭环调节器的参数,开环放大倍数过大有时会引起调节器的振荡或自激,使输出纹彼含量增加,过小的开环放大倍数使输出电压稳定性变差及纹波含量增加,所以调节器的开环放大倍数及闭环调节器的参数要合理选取,调试中要根据负载状况进行调节。 c、在反馈通道中不增加纯滞后滤波环节,使延时滞后降到最小,以增加闭环调节的快速性和及时性,对抑制输出电压纹波是有益的。 END 版权归原作者所有,如有侵权,请联系删除。 ▍ 推荐阅读 资深工程师分享7种常见二极管应用电路解析 34个动控制原理图,老电工看了都说好! 学EMC避不开的10大经典问题 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2021-01-15 关键词: 纹波噪声 开关电源

  • 开关电源PCB布线设计技巧——降低EMI

    开关电源PCB排版是开发电源产品中的一个重要过程。许多情况下,一个在纸上设计得非常完美的电源可能在初次调试时无法正常工作,原因是该电源的PCB排版存在着许多问题。 为了适应电子产品飞快的更新换代节奏,产品设计工程师更倾向于选择在市场上很容易采购到的AC/DC适配器,并把多组直流电源直接安装在系统的线路板上。由于开关电源产生的电磁干扰会影响到其电子产品的正常工作,正确的电源PCB排版就变得非常重要。开关电源PCB排版与数字电路PCB排版完全不一样。在数字电路排版中,许多数字芯片可以通过PCB软件来自动排列,且芯片之间的连接线可以通过PCB软件来自动连接。用自动排版方式排出的开关电源肯定无法正常工作。所以,没计人员需要对开关电源PCB排版基本规则和开关电源工作原理有一定的了解。 开关电源PCB排版基本要点 1.1 电容高频滤波特性 图1是电容器基本结构和高频等效模型 电容的基本公式是 式(1)显示,减小电容器极板之间的距离(d)和增加极板的截面积(A)将增加电容器的电容量。 电容通常存在等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)二个寄生参数。图2是电容器在不同工作频率下的阻抗(Zc)。 一个电容器的谐振频率(fo)可以从它自身电容量(C)和等效串联电感量(LESL)得到,即 当一个电容器工作频率在fo以下时,其阻抗随频率的上升而减小,即 当电容器工作频率在fo以上时,其阻抗会随频率的上升而增加,即 当电容器工作频率接近fo时,电容阻抗就等于它的等效串联电阻(RESR)。 电解电容器一般都有很大的电容量和很大的等效串联电感。由于它的谐振频率很低,所以只能使用在低频滤波上。钽电容器一般都有较大电容量和较小等效串联电感,因而它的谐振频率会高于电解电容器,并能使用在中高频滤波上。瓷片电容器电容量和等效串联电感一般都很小,因而它的谐振频率远高于电解电容器和钽电容器,所以能使用在高频滤波和旁路电路上。由于小电容量瓷片电容器的谐振频率会比大电容量瓷片电容器的谐振频率要高,因此,在选择旁路电容时不能光选用电容值过高的瓷片电容器。为了改善电容的高频特性,多个不同特性的电容器可以并联起来使用。图3是多个不同特性的电容器并联后阻抗改善的效果。 一、电源排版基本要点1:旁路瓷片电容器的电容不能太大,而它的寄生串联电感应尽量小,多个电容器并联能改善电容的高频阻抗特性。 图4显示了在一个PCB上输入电源(Vin)至负载(RL)的不同走线方式。为了降低滤波电容器(C)的ESL,其引线长度应尽量减短;而Vin。正极至RL和Vin负极至R1的走线应尽量靠近。 1.2 电感高频滤波特性 图5中的电流环路类似于一匝线圈的电感。高频交流电流所产生的电磁场R(t)将环绕在此环路的外部和内部。如果高频电流环路面积(Ac)很大,就会在此环路的内外部产生很大的电磁干扰。 电感的基本公式是 从式(5)可知,减小环路的面积(Ac)和增加环路周长(lm)可减小L。 电感通常存在等效并联电阻(EPR)和等效并联电容(Cp)二个寄生参数。图6是电感在不同工作频率下的阻抗(ZL)。 谐振频率(fo)可以从电感自身电感值(L)和它的等效并联电容值(Cp)得到,即 当一个电感工作频率在fo以下时,电感阻抗随频率的上升而增加,即 当电感工作频率在fo以上时,电感阻抗随频率的上升而减小,即 当电感工作频率接近fo时,电感阻抗就等于它的等效并联电阻(REPR)。 在开关电源中电感的Cp应该控制得越小越好。同时必须注意到,同一电感量的电感会由于线圈结构不同而产生不同的Cp值。图7就显示了同一电感量的电感在二种不同的线圈结构下不同的Cp值。图7(a)电感的5匝绕组是按顺序绕制。这种线圈结构的Cp值是l匝线圈等效并联电容值(C)的1/5。图7(b)电感的5匝绕组是按交叉顺序绕制。其中绕组4和5放置在绕组1、2、3之间,而绕组l和5非常靠近。这种线圈结构所产牛的Cp是1匝线圈C值的两倍。 可以看到,相同电感量的两种电感的Cp值居然相差达数倍。在高频滤波上如果一个电感的Cp值太大,高频噪音就会很容易地通过Cp直接耦合到负载上。这样的电感也就失去了它的高频滤波功能。 图8显示了在一个PCB上Vin通过L至负载(RL)的不同走线方式。为了降低电感的Cp,电感的二个引脚应尽量远离。而Vin正极至RL和Vin负极至RL的走线应尽量靠近。 二、电源排版基本要点2:电感的寄生并联电容应尽量小,电感引脚焊盘之间的距离越远越好。 1.3 镜像面 电磁理论中的镜像面概念对设计者掌握开关电源的PCB排版会有很大的帮助。图9是镜像面的基本概念。 图9(a)是当直流电流在一个接地层上方流过时的情景。此时在地层上的返回直流电流非常均匀地分布在整个地层面上。图9(h)显示当高频电流在同一个地层上方流过时的情景。此时在地层上的返回交流电流只能流在地层面的中间而地层面的两边则完全没有电流。一日.理解了镜像面概念,我们很容易看到在图10中地层面上走线的问题。接地层(Ground Plane),没汁人员应该尽量避免在地层上放置任何功率或信号走线。一旦地层上的走线破坏了整个高频环路,该电路会产牛很强的电磁波辐射而破坏周边电子器件的正常工作。 三、电源排版基本要点3:避免在地层上放置任何功率或信号走线。保证地层的完整性。 1.4 高频环路 开关电源中有许多由功率器件所组成的高频环路,如果对这△环路处婵得不好的话,就会对电源的正常工作造成很大影响。为了减小高频环路所产生的电磁波噪音,该环路的面积应该控制得非常小。如图l1(a)所示,高频电流环路面积很大,就会在环路的内部和外部产生很强的电磁于扰。同样的高频电流,当环路面积设计得非常小时,如图11(b)所示,环路内部和外部电磁场互相抵消,整个电路会变得非常安静。 四、电源排版基本要点4:高频环路的面积应尽可能减小。 1.5 过孔和焊盘放置 许多设计人员喜欢在多层PCB卜放置很多过孔(VIAS)。但是,必须避免在高频电流返同路径上放置过多过。否则,地层上高频电流走线会遭到破坏。如果必须在高频电流路径上放置一些过孔的活,过孔之间可以留出一空间让高频电流顺利通过,图12显示了过孔放置方式。 五、电源排版基本要点5:过孔放置不应破坏高频电流在地层上的流经。 设计者同时应注意不同焊盘的形状会产生不同的串联电感。图13显示了儿种焊盘形状的串联电感值。 旁路电容(Decouple)的放置也要考虑到它的串联电感值。旁路电容必须是低阻抗和低ESL乩的瓷片电容。但如果一个高品质瓷片电容在PCB上放置的方式不对,它的高频滤波功能也就消失了。图14显示了旁路电容正确和错误的放置方式。 1.6 电源直流输出 许多开关电源的负载远离电源的输出端口。为了避免输出走线受电源自身或周边电子器件所产生的电磁下扰,输出电源走线必须像图l5(b)那样靠得很近,使输出电流环路的面积尽可能减小。 l.7 地层在系统板上的分隔 新一代电子产品系统板上会同时有模拟电路、数字电路、开关电源电路。为了减小开关电源噪音对敏感的模拟和数字电路的影响,通常需要分隔不同电路的接地层。如果选用多层PCB,不同电路的接地层可由不同PCB板层来分隔。如果整个产品只有一层接地层,则必须像图16中那样在单层中分隔。无论是在多层PCB上进行地层分隔还是在单层PCB 上进行地层分隔,不同电路的地层都应该通过单点与开关电源的接地层相连接。 六、电源排版基本要点6:系统板上不同电路需要不同接地层,不同电路的接地层通过单点与电源接地层相连接。 开关电源PCB排版例子 设汁人员应能在此线路图上区分出功率电路中元器件和控制信号电路中元器件。如果设计者将该电源中所有的元器件当作数字电路中的元器件来处理,则问题会相当严重。通常首先需要知道电源高频电流的路径,并区分小信号控制电路和功率电路元器件及其走线。一般来讲,电源的功率电路主要包括输入滤波电容、输出滤波电容、滤波电感、上下端功率场效应管。控制电路主要包括PWM控制芯片、旁路电容、自举电路、反馈分压电阻、反馈补偿电路。 2.l 电源功率电路PCB排版 电源功率器件在PCB上正确的放置和走线将决定整个电源工作是否正常。设计人员首先要对开关电源功率器件上的电压和电流的波形有一一定的了解。 图18显示一个降压式开关电源功率电路元器件上的电流和电压波形。由于从输入滤波电容(Cin),上端场效应管(S1)和F端场效应管(S2)中所流过的电流是带有高频率和高峰值的交流电流,所以由Cin-S1-S2所形成的环路面积要尽量减小。同时由S2,L和输出滤波电容(Cout)所组成的环路面积也要尽量减小。 如果未按本文所述的要点来制作功率电路PCB,很可能制作出网19所示的电源PCB,图19的PCB排版存在许多错误:第一,由于Cin有很大的ESL,Cin的高频滤波能力基本上消失;第二,Cin-S1-S2和S1-LCout环路的面积太大,所产生的电磁噪音会对电源本身和周边电路造成很大于扰;第三,L的焊盘靠得太近,造成Cp太大而降低了它的高频滤波功能;第四,Cout焊盘引线太长,造成FSL太大而失去了高频滤波线。 Cin-S1-S2和S2-L-Cout环路的面积已控制到最小。S1的源极,S2的漏极和L之问的连接点是一整块铜片焊盘。由于该连接点上的电压是高频,S1、S2和L需要靠得非常近。虽然L和Cout之间的走线上没有高峰值的高频电流,但比较宽的走线可以降低直流阻抗的损耗使电源的效率得到提高。如果成本上允许,电源可用一面完全是接地层的双面PCB,但必须注意在地层卜尽量避免走功率和信号线。在电源的输入和输出端口还各增加了一个瓷片电容器来改善电源的高频滤波性能。 2.2 电源控制电路PCB排版 电源控制电路PCB排版也是非常重要的。不合理的排版会造成电源输出电压的漂移和振荡。控制线路应放置在功率电路的边上,绝对不能放在高频交流环路的中间。旁路电容要尽量靠近芯片的Vcc和接地脚(GND)。反馈分压电阻最好也放置在芯片附近。芯片驱动至场效应管的环路也要尽量减短。 七、电源排版基本要点7:控制芯片至上端和下端场效应管的驱动电路环路要尽量短。 2.3 开关电源PCB排版例1 图21是图17 PCB的元器件面走线图。此电源中采用了一个低价PWM控制器(Semtech型号SCIIO4A)。PCB下层是一个完整的接地层。此PCB功率地层与控制地层之间没有分隔。可以看到该电源的功率电路由输入插座(PCB左上端)通过输入滤波电容器(C1,C2,),S1,S2,L1,输出滤波电容器(C10,C11,C12,C13),一直到输出插座(PCB右下端)。SCll04A被放置在PCB的左下端。因为,在地层上功率电路电流不通过控制电路,所以,无必要将控制电路接地层与功率电路接地层进行分隔。如果输入插座是放置在PCB的左下端,那么在地层上功率电路电流会直接通过控制电路,这时就有必要将二者分隔。 2.4 开关电源PCB排版例2 图22是另一种降压式开关电源,该电源能使12V输入电压转换成3.3V输出电压,输出电流可达3A。此电源上使用了一个集成电源控制器(Semtech型号SC4519)。这种控制器将一个功率管集成在电源控制器芯片中。这样的电源非常简单,尤其适合应用在便携式DVD机,ADSL,机顶盒等消费类电子产品。 同前面例子一样,对于这种简单开关电源,在PCB排版时也应注意以下几点: 1) 由输入滤波电容(C3),SC4519的接地脚(GND),和D2所围成的环路面积一定要小。这意味着C3及D2必须非常靠近SC4519。 2) 可采用分隔的功率电路接地层和控制电路接地层。连接到功率地层的元器件包括输入插座(VIN),输出插座(VOUT),输入滤波电容(C3),输出滤波电容(C2),D2,SC4519。连接到控制地层的元器件包括输出分压电阻(R1,R2),反馈补偿电路(R3,C4,C3,),使能插座(EN),同步插座(SYNC)。 3) 在SC4519接地脚的附近加个过孔将功率电路接地层与控制信号电路接地层单点式的相连接。 图23是该电源PCB上层排版图。为了力便读者理解,功率接地层和控制信号接地层分别用不同颜色来表示。在这里输入插座被放置在PCB的上方,而输出插座被放置在PCB的下方.滤波电感(L1)被放在PCB左边并靠近功率接地层,而对于噪音较敏感的反馈补偿电路(R3,C4,C5)则被放存PCB右边并靠近控制信号接地层。D2非常靠近SC4519的脚3及脚4。图24是该电源PCB下层排版图。输入滤波电容(C3)被放置在PCB下层并非常靠近SC4519和功率接地层。 2.5开关电源PCB排版例3 最后讨论一种多路输出开关电源PCB排版要点。此电源有3组输入电压(12V,5V和3.3V),4组输出电压(3.3v,2.6V,1.8V,1.2V)。该电源使用了,一集成多路开关控制器(Serotech型号SC2453)。SC2453提供了4.5V~30V的宽输入电压范围,两个高达700kHz开关频率和高达15A输出电流,以及低至0.5V输出电压的同步降压转换器。它还提供了一个专用可调配正压线性调节器和一个专用可调配负压线性调节器。TSSOP-28封装减小了所需线路板面积。 两个异相降压转换器可以减小输入电流纹波。图25是这种多路开关电源的原理图。其中3.3V输出由5V输人产生,l.2V输出由12V输入产生,2.6V和1.8V输出由3.3V输入产生。由于该电源上所有元器件都必须被放置在一个面积较小的PCB上,为此必须将电源的功率地层和控制信号地层分隔开来。参照前面几节中讨论过的要点,首先将图25中连接到功率地层的元器件和连接到控制信号地层的元器件区分开来,然后将控制信号元器件放在信号地层上并靠近SC2453控制信号地层与功率地层通过单点相连接。这连接点通常会选择在控制芯片的接地脚(SC2453中的脚21)。图26详细描述了该电源排版方式。 八、电源排版基本要点8:开关电源功率电路和控制信号电路下的元器件需要连接不同的接地层,这二个地层一般都是通过单点相连接。 结语 开关电源PCB排版的8个要点: 1、旁路瓷片电容器的电容不能太大,而它的寄生串联电感应尽量小,多个电容并联能改善电容的阻抗特性; 2、电感的寄生并联电容应尽量小,电感引脚焊盘之间的距离越远越好; 3、避免在地层上放置任何功率或信号走线; 4、高频环路的面积应尽可能减小; 5、过孔放置不应破坏高频电流在地层上的路径; 6、系统板上一小同电路需要不同接地层,小同电路的接地层通过单点与电源接地层相连接; 7、控制芯片至上端和下端场效应管的驱动电路环路要尽量短; 8、开关电源功率电路和控制信号电路元器件需要连接到小同的接地层,这二个地层一般都是通过单点相连接。 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2021-01-11 关键词: PCB EMI 开关电源

  • 元器件的失效机理有哪些?

    失效直接受湿度、温度、电压、机械等因素的影响。   1、温度导致失效: 1.1环境温度是导致元件失效的重要因素。 温度变化对半导体器件的影响:构成双极型半导体器件的基本单元P-N结对温度的变化很敏感,当P-N结反向偏置时,由少数载流子形成的反向漏电流受温度的变化影响,其关系为: 式中:ICQ―――温度T0C时的反向漏电流          ICQR――温度TR℃时的反向漏电流          T-TR――温度变化的绝对值 由上式可以看出,温度每升高10℃,ICQ将增加一倍。这将造成晶体管放大器的工作点发生漂移、晶体管电流放大系数发生变化、特性曲线发生变化,动态范围变小。 温度与允许功耗的关系如下: 式中:PCM―――最大允许功耗            TjM―――最高允许结温            T――――使用环境温度            RT―――热阻 由上式可以看出,温度的升高将使晶体管的最大允许功耗下降。 由于P-N结的正向压降受温度的影响较大,所以用P-N为基本单元构成的双极型半导体逻辑元件(TTL、HTL等集成电路)的电压传输特性和抗干扰度也与温度有密切的关系。当温度升高时,P-N结的正向压降减小,其开门和关门电平都将减小,这就使得元件的低电平抗干扰电压容限随温度的升高而变小;高电平抗干扰电压容限随温度的升高而增大,造成输出电平偏移、波形失真、稳态失调,甚至热击穿。 2.1 温度变化对电阻的影响 温度变化对电阻的影响主要是温度升高时,电阻的热噪声增加,阻值偏离标称值,允许耗散概率下降等。比如,RXT系列的碳膜电阻在温度升高到100℃时,允许的耗散概率仅为标称值的20%。 但我们也可以利用电阻的这一特性,比如,有经过特殊设计的一类电阻:PTC(正温度系数热敏电阻)和NTC(负温度系数热敏电阻),它们的阻值受温度的影响很大。 对于PTC,当其温度升高到某一阈值时,其电阻值会急剧增大。利用这一特性,可将其用在电路板的过流保护电路中,当由于某种故障造成通过它的电流增加到其阈值电流后,PTC的温度急剧升高,同时,其电阻值变大,限制通过它的电流,达到对电路的保护。而故障排除后,通过它的电流减小,PTC的温度恢复正常,同时,其电阻值也恢复到其正常值。 对于NTC,它的特点是其电阻值随温度的升高而减小。 2.2温度变化对电容的影响 温度变化将引起电容的到介质损耗变化,从而影响其使用寿命。温度每升高10℃时,电容器的寿命就降低50%,同时还引起阻容时间常数变化,甚至发生因介质损耗过大而热击穿的情况。 此外,温度升高也将使电感线圈、变压器、扼流圈等的绝缘性能下降。 3、湿度导致失效 湿度过高,当含有酸碱性的灰尘落到电路板上时,将腐蚀元器件的焊点与接线处,造成焊点脱落,接头断裂。 湿度过高也是引起漏电耦合的主要原因。 而湿度过低又容易产生静电,所以环境的湿度应控制在合理的水平。   4、过高电压导致器件失效 施加在元器件上的电压稳定性是保证元器件正常工作的重要条件。过高的电压会增加元器件的热损耗,甚至造成电击穿。对于电容器而言,其失效率正比于电容电压的5次幂。对于集成电路而言,超过其最大允许电压值的电压将造成器件的直接损坏。 电压击穿是指电子器件都有能承受的最高耐压值,超过该允许值,器件存在失效风险。主动元件和被动元件失效的表现形式稍有差别,但也都有电压允许上限。晶体管元件都有耐压值,超过耐压值会对元件有损伤,比如超过二极管、电容等,电压超过元件的耐压值会导致它们击穿,如果能量很大会导致热击穿,元件会报废。 5、振动、冲击影响: 机械振动与冲击会使一些内部有缺陷的元件加速失效,造成灾难性故障,机械振动还会使焊点、压线点发生松动,导致接触不良;若振动导致导线不应有的碰连,会产生一些意象不到的后果。 可能引起的故障模式,及失效分析。 电气过应力(Electrical Over Stress,EOS)是一种常见的损害电子器件的方式,是元器件常见的损坏原因,其表现方式是过压或者过流产生大量的热能,使元器件内部温度过高从而损坏元器件(大家常说的烧坏),是由电气系统中的脉冲导致的一种常见的损害电子器件的方式。 版权归原作者所有,如有侵权,请联系删除。 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2021-01-06 关键词: 元器件 开关电源

  • 易部署,低功耗:用于智能家居和楼宇自动化的能量采集开关

    物联网(IoT)在能源消耗方面正处于十字路口,有关传统能源是否能够支持其增长的问题也越来越多。因此,越来越多的制造商转向结合可替代能源与低功率联接,因具有巨大的市场潜力。 一种新方法是从运动和施加到像ON / OFF开关等操作的按钮的力中获取动能。无线、无需电池的开关提供的好处显而易见,并解决了IoT制造商的首要问题-易于实施和低功耗。 这些器件为建筑物内的部署提供了无与伦比的灵活性,因为它们不需要任何硬接线。它们可以固定在墙上或可移动。它们还消除了更换和处理电池的维护麻烦和环境影响。 该环保系统有许多优点。您可以灵活地在任何位置安装开关而无需布线,这开关将在其整个使用寿命内发挥功能,而无需任何维护或更换电池。与通过电缆进行信息传输相比,自供电无线开关由于易于改造,因此对建筑服务也很有吸引力。 例如,您可以安装新的电灯开关而不必在墙上打洞。工业自动化中也有很多可能性,特别是在铺设电缆所需的时间与应用不成比例的情况下。同样,能量采集无线开关可作为基于电缆的微型开关的高性价比、无电池替代品。 开关的物理设计也更加容易,从而实现了以前从未想过的创造力和新的设计风格。 使这一环保应用成为现实的一个关键因素是确保所使用的无线协议有利于开关的低功耗特性。一种选择是Zigbee 联盟™提供的Green Power™协议。 Zigbee联盟的Green Power协议 Zigbee联盟的Green Power协议专为优化能耗和进行能量采集而设计,为工业IoT中互联照明和楼宇自动化等应用提供了巨大的潜力。 Green Power协议凭借其远程联接性,易于部署在较大的建筑物中,提供灵活的部署和重新配置选项,且其环保和低功耗设计符合所有新的建筑物趋势。 对于低功耗应用,Green Power协议提供许多优势,可以对通信范围产生积极影响,包括: 使用扩展频谱代替快速跳频(FFH)来改善范围 较低的比特率(250 kb / s),以提高灵敏度性能 更高的发射功率(8 dBm) 使用不太拥挤的无线频谱 Strata赋能的Zigbee Green Power套件 Strata赋能的ZigBee Green Power套件演示了NCS36510用于无电池ZigBeeGreen Power的应用。 该套件包括一个与Strata Developer Studio™接口的Zigbee协调器(ZC)USB器件,以及两个充当ZigbeeGreen Power设备(ZGPD)的能量采集节点。 Strata Developer Studio具有现代智能家居的虚拟开发环境,并可以仿真Zigbee 3.0照明系统和门上的安全传感器。通过按这每个设备中的ZF开关,可以生成一个出色的用户接口,并产生能量为NCS36510供电。 ZigBee Green Power套件设计包括一个能量收集器、一个简单的二极管整流桥、一个钳位、一个小的56微法拉存储电容器以及NCS36510收发器。 图3. Strata赋能的ZigbeeGreen Power套件的系统概览   免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-12-25 关键词: AI 开关电源

  • 超级干货!开关电源的电磁干扰(EMI)防制技术

    电源产品在做验证时,经常会遭遇到电磁干扰(EMI)的问题,有时处理起来需花费非常多的时间,许多工程师在对策电磁干扰时也是经验重于理论,知道哪个频段要对策那些组件,但对于理论上的分析却很欠缺。 笔者从事开关电源设计多年,希望能藉由之前对策的经验与相关理论基础做个整理,让目前正从事或未来想从事开关电源设计的人员对电磁干扰防制技术能有初步的认识。 开关电源的电磁干扰测试可分为传导测试与辐射测试,一般开关电源的传导测试频段是指150K~30MHz之间,而辐射干扰的频段是指30M~300MHz,300MHz之后的频段一般皆不是电源所产生,因此大都可以给予忽略。 下面内容章节包括开关电源的传导测试法规,测试与量测方式,基本概念,抑制传导干扰的滤波器设计,布线与变压器设计等章节。 02 传导测试的法规 传导的法规因产品别的不同,其所适用之条文亦不同,一般是使用欧洲的EN-55022或是美国的FCC part15来定义其限制线,又可以区分为CLASS A与CLASS B两种标准,CLASS A为产品在商业与工业区域使用,CLASS B为产品在住宅及家庭区域使用,笔者所设计的产品为3C的家用电源,传导测试频段为150K~30MHz,在产品测试前请先确认申请的安规为何,不同的安规与等级会有不同的标准线。 图1举例为EN-55022 CLASS B的限制线图,红色线为准峰值(QP, Quasi-peak)的限制线,粉红色为平均值(AV, Average)的限制线,传导测试最终的目的,就是测试的机台可以完全的低于其限制线,不论是QP值或AV值; 一般在申请安规时,虽然只有在限制线下方即可申请,但多数都会做到低于2dB的误差以预防测试场地不同所导致的差异,而客户端有时会要求必须低于4~6dB来预防产品大量生产后所产生的误差。 图1 图2 图2为一量测后的例子,一般量测时都会先用峰值量测,因峰值量测是最简单且快速的方法,量测仪器以9KHz为一单位,在150K~30MHz之间用保持最大值(maximum hold)的方式来得到传导的峰值读值,用此来确认电源的最大峰值然后再依此去抓最高峰值的实际QP,AV值来减少扫描时间,图2的蓝色曲线为准峰值的峰值量测结果,一般在峰值量测完后会再对较高的6个频率点做准峰值(QP)与平均值(AV)的量测,就如同图2所标示。 峰值与准峰值的差别在于:峰值量测是不论时常出现或是偶尔出现的信号皆被以最大值的方式置在接收器的读值中,而准峰值量测是指在一时间内取数次此频段的脉冲信号,若某频率的信号在一段时间内重复出现率较高,才会得到较高之量测值;平均值则是对此频段的振幅取平均值,典型的频谱分析仪可将带宽设定在30Hz左右来得到最真实的平均信号。 QP与AV相较于峰值,其侦测值必然较低,若一开始的峰值量测已有足够的余度则不用再做单点的QP和AV量测。 现在的IC为了EMI传导的防制,在操作频率上都会做抖频的功能,像是IC主频为65KHz,但在操作时会以65KHz正负6K做变化,藉此来将差模倍频的信号打散,不会集中在单一根频率上,如果没有抖频功能,差模干扰在主频的倍频时会呈现单根很扎实的QP与AV,如同图2的157KHz,仪器看到的峰值满高的,但读起来还仍有9dB以上的余度。 03  传导的测试与量测方式 图3为测试传导的参考图示,此为通嘉内部的传导设备图示,待测物接仿真负载后放于桌面上,经由一输入线材(AC cable)连接LISN(线性阻抗稳定网络)与待测物,再将LISN的信号接至接收器,输入线材不得与地面接触,而待测物的负载需与待测物距离10公分,若周边需接电源时,其电源需接独立电源,不得与待测物使用相同电源,若电源为2PIN输入,则输出负载需接地以仿真系统下地。 LISN(线性阻抗稳定网络)内部线路如图4所示,输入电源来源由左边进入LISN后,经由LF与CF来滤除电源的低频噪声,并由耦合电容CC与侦测电阻RSL/RSN来取得高频信号Vsn,再将此信号经接受器或频谱分析仪来得到其振幅的大小(dBuV)。 图3 图4 请记得输入线材不得与地面接触,笔者曾有过输入线材与地面接触与否,读值差了10dB左右的经验;另外,周边仪器的电源需使用干净且与主电源隔离的电源,否则很容易因共地而产生共模干扰,许多测试场地会直接拿一个延长线去使用外接电源给予周边,但此种方式仍有可能因共地而被干扰,若能使其接至另一个LISN是个较好的方式,因LISN内有LF与CF可作信号隔离。 04 对策EMI传导的基本概念 4.1 差模(Differential mode)信号与共模(Common mode)信号 传导量测接法如图5、图6所示,是由接收器量测L/N/GND之间的频率与振幅大小而成,而信号存在于L与N之间的叫差模信号,如图5所示;而信号存在于L与FG或N与FG之间的叫共模信号,如图6所示,也可以说与FG形成回路的就叫共模信号。 一般电源的输入来源皆是取自L与N,因此在电源的电磁干扰设计中,差模成份的抑制极为重要,尤其是前频段150K~1MHz大多是由开关电源的主频与倍频出来的差模干扰。 图5 图6 图7为一未对策前的传导测试结果,前端为IC的操作频率所引起的倍频差模干扰加上本体的共模干扰所形成,由图形可看出每根峰值之间的频率为100KHz,可判断此IC的操作频率为100KHz,而测量的读值是呈现由IC 100KHz的倍频做线性衰减,因此每100KHz就有一根因IC操作频率所造成的差模干扰信号,也可以说在前频段时,共模信号呈线性平面下降,而差模信号则迭加在共模的上方。 图7 图8为相同的机台在对策后测试结果,在对策后最差都还有6dB以上的余度,已可符合多数的客户要求。 一般在测试时,必须测试L与N两项,一般L与N的读值不会差异太大,若差异很大一般都是某项的共模能量较强所致。 测试的输入电压则是看申请的安规来决定,一般是用110V与230V来做高低压量测;另外,产品在确认传导测试时皆需要做长时间的烧机,有时会因烧机后磁性组件过热导致感量异常而让EMI变差。 图8 4.2 电磁干扰,电场干扰与磁场干扰 电磁干扰(EMI, Electrical Magnetic Interference)可分为电场干扰与磁场干扰两种,电场与磁场是两种不同的性质,但两者之间的能量是会互相影响的,随时间变化的电场会产生磁场,而随时间变化的磁场也会产生电场,这些不断同相振荡的电场和磁场共同的形成了电磁干扰(电磁波)。 一般对于电场,我们可以用下面的电荷公式与电容公式来作解释, 简单来说,任何的导体在电场下都可等效成一个带电的电容,其容值随着与周边另一个导体之间的距离/表面积/介质不同而有差异;如图9为两导体之间的电容图示,绿色导体与蓝色导体所等效的电容如图10所示,根据电容公式,容值会因两导体之间的距离愈远而变小,也会因两导体之间的截面积愈大而增大,而两导体之间的介质(介电系数)也会影响容值的大小。 图9 图10 当电容二端的电位在时间之内存在一电压差时,则会根据电荷公式(电压/时间的变化,如图12)而产生一电流,如图11红色箭头所示,而任何产生的电流必需经由另一路径回到自己出发时的位置而形成一电流回路,如棕色虚线箭头所示,此因电压变动造成的电流回路就会引起电场干扰。 图11 图12 因此,改善电场干扰的方式,就是减少其回路电流的方法, 根据上面两个公式,我们可以藉由将耦合电容减小,像是减少两个导体之间接触的面积/增加其距离/变更中间的介质等方式来减少电容效应,或是减小电压差或时间变化率来减少电场感应。 而对于磁场,我们可用安培右手/法拉第定律 来解释,当导体有电流流过时,在其周围就会依安培右手定律产生磁力线,如图13所示,因电流不可能单独存在,电流一定存在于回路之中,凡是电流流过的路径都会产生磁力线,而在一般的PCB板设计中(如图14所示),当电容形成一个电流回路时就会产生如虚线的磁力线,而磁力线经过的导体会因此产生感应电势,此即为磁场干扰。 图13 图14 尤其是电流流经的导体在没有闭合回路的铁心时,因磁力线无法经由高导磁材料做回路,磁力线会经由外部空气做回路而让周围产生磁场(漏磁通),图15所示为一般变压器的磁力线,大多数的磁力线皆会经由高导磁材料(铁心)。 但在中间有气隙的地方就会有许多漏磁通产生(如图16虚线所示),而也有少部分漏磁通会经过与变压器垂直的地方,因此若有组件在变压器的正上方或下方,是很容易被此漏磁通干扰的。 图15 图16 因此,改善磁场干扰的方式,包括两部份,一是减少磁力线的能量,包括改变电流振幅/时间变化率等,另一是减少磁力线的影响,包括缩小电流回路,拉开两者之间的距离,导体面积等方法。 电场耦合效应如图17所示,在PCB板上有两导体时会有一等效电容效应,而当左端的布线有一时变电压产生时,其右边的导体会因电场耦合效应而产生一耦合电流,此耦合电流即是因电场效应所产生的电场干扰。 磁场耦合效应如图18所示,在PCB板上有两导体回路时,当左边的回路有一时变电流产生,其右边的回路也会因磁场耦合效应而产生一耦合电压(感应电势),此电压即是因磁场效应所产生的磁场干扰。 图17 图18 产生电场干扰的原因,在于带电体的电荷重新分布,因电荷改变后会让电容两端的电压改变而不断的充放电。产生磁场干扰的原因,在于流过导体的电流在不断改变,即电流产生的磁力线会使周围导体感应出电动势,造成磁场干扰。 电场与磁场的干扰起源于快速的能量(电压/电流)变化;而快速的能量变化可分两部份,一是能量本体的频率(变化率),一是能量本体的振幅(大小),而对策电磁干扰的方式不外两种,一是对策能量本体,像是抑制此能量的振幅或是改变其变化率,像是缓冲器,导通(截止)速度,更换组件的速度,变压器设计等。 另一是截断干扰的耦合路径,将干扰源封闭在电源本体里面,像是用LC滤波器,铜箔,外壳等,不论使用何种方式,目的都是为了达到电磁干扰可以通过法规的需求。 4.3 寄生组件的影响 在实际的电源产品中,到处都充满了寄生组件,包括组件本体的寄生组件与布线组成的寄生成分。当频率到MHz时,nH的电感与pF的电容会对EMI产生非常大的影响。 以一个环形电感来举例,多数的工程师只在意它的Al值,即绕了几圈后可以得到多少的感量,却没有去考虑到他的等效电容(ESC)与等效电阻(ESR),而在电磁干扰的领域,此等效电容与等效电阻却非常重要;理想的磁性组件,其阻抗应与频率成正比(Xl=2*pi*f*L),即频率愈高时其阻抗愈高,但在实际应用里,组件的等效电容却会抑制其阻抗特性。 如图19为一电感的阻抗与频率曲线,在频率低于共振点时,其阻抗会因频率上升而增加,但在过了共振点(Fr)后,阻抗却会因频率上升而变小,而无法达到预期的抑制效果。 图19 笔者在对策电磁干扰时将频段分为二部份, 10M以下的频段与10M以上的频段,在10M以下的频段, 其对策与变压器/滤波器/布线/结构等较相关, 而在10M以上的频段, 其对策与变压器/布线/滤波器/缓冲器(Snubber&Bead)/开关组件与速度/屏敝等较相关, 因布线/滤波器/变压器在高低频皆会影响,因此笔者在此先针对布线/滤波器/变压器等(10M以下)先做介绍。 05 布线(Layout)设计概念 由之前的介绍可知,电场干扰与磁场干扰是电磁干扰里最大的干扰源,不但布线的走线会大大的影响电场与磁场的耦合路径,也会因布线的寄生组件而影响电源的特性,因此良好的布线方式是从事电源设计不可缺少的能力之一,不但多数的电性问题皆因不良的布线导致,电磁干扰的好坏也与布线习习相关,不论是传导或辐射。 多数的布线工程师并不知道怎样的走线方式较好,而只认为每个节点都接到即可,愈资深的工程师则愈会对布线有所要求,以作者的经验, 60%以上的电性不良皆是因布线所致,而在此将布线的基本概念概述如下: 5.1 安规距离与制程要求 此为最基本要求,任何产品皆需要达到安规规范,而不同的产线也会有不同的制程要求,像是组件本体大小,各组件之间的距离,接点大小,白漆…等,一般此规范会由各家布线工程师管控,因此在这里不做多述。 5.2 电源路径与信号路径需分开 在开关电源设计里,信号可分为大电流与小电流的,以 反激式(flyback)架构为例,大电流是由输入电源进来至滤波器,桥式,大电容,变压器,初级侧开关,次级侧二极管,输出电容到输出线材等走大电流的路径称为电源路径(power trace);而走小电流的路径就称为信号路径(signal trace),像是IC周边的组件或回授电路。 电压愈大会有较大电场的产生,而电流愈大则会有愈大磁场的产生,而周边组件,特别是良导体愈靠近此电场或磁场就会耦合愈大的能量,因此在做布线安排时,尽量让电源路径与信号路径分开来走,以免信号路径被干扰产生误动作,也避免干扰源藉由其他导体放大其干扰信号,在此将电源路径与信号路径分别说明如下: 5.2.1 电源路径的基本概念 把布线的路径想象成一条水流(即电流),水流自然会往河流愈宽的地方流(走线愈粗的地方),而且也自然会往低处流(往目标,即输出端流),在电源路径上的组件皆应该照顺序流过,否则会大大地衰减其作用。 电容是储存电荷的组件,愈大的电容可储存愈多的电荷,因此在看电源路径时,可视电流由电容正端出发,经由开关组件的回路后再回到电容的负端形成开关回路。 图20为一升压加反激(PFC+Flyback)架构的例子,PFC前端会有一颗小电容,PFC会由此电容形成一导通回路(绿色箭头)经电感,MOSFET,Rsense回小电容,与截止回路(紫色箭头)经电感,二极管,大电容回小电容;即电流由电容的正端出发,经一回路之后再回到电容的负端; 同理,Flyback由大电容的正端开始,经变压器,MOSFET,Rsense后再回到大电容负端;输出则由变压器的正端,经输出二极管,输出电容后回到变压器的负端。 图20 因电源路径有很大的电流与电压变动,因此在布线时要注意,流过大电流的回路会产生磁场辐射,因此大电流的走线要尽量短与粗,尤其是次级侧。 高电压开关的走线则要尽量减少其面积以减少电场效应,并尽量减少其相临的导体面积与之间的距离以减少等效电容,图21与22为量测反激式变压器两端的电压波形,由波形可知在MOSFET的Drain端与Diode的正端有很大的电压变化量,因此在布线时此两点的布线面积要尽可能的小,也尽量远离其他的导体以避免电场效应。 图21 图22 有时因为布线的考虑,无法将回路变的很短,这时我们可以靠高频电容来帮忙,像是在大电解电容同电位上并联一个陶质(高频)电容,因多数的电解电容是低频组件,而并联的高频电容可以提供开关时的高频电流,此电容可放在如图23所示的位置。 在PFC端可在二极管后端并一颗小电容且靠近PFC MOSFET的地,缩短PFC截止时的回路,而Flyback端则可以在靠近变压器正与Rsense负端并一颗电容来形成较短的回路;愈短的回路可以减少电场导体与磁场回路的面积来得到更好的EMI效果。 图23 5.2.2 信号路径的基本概念 凡不是电源路径(Power trace),皆可称为信号路径(Signal trace),因IC是撷取电源路径里的电压/电流信号来维持系统的稳定,因此在信号路径里最重要的就是从撷取信号源到各IC 脚端时是否干净以利IC运作。 在电磁干扰的领域里,信号路径一般需注意两点,一是辅助绕组(Vcc)回路,一是小信号回路。 辅助绕组回路如图24所示,在此举例的IC为通嘉的6 PIN IC(LD7538),其辅助绕组回路是由变压器的辅助绕组绕组,二极管,电解电容先形成一开关回路再接至IC,就如同二次侧的切换回路一般,让此开关回路越短越好。 IC的供电脚与地脚旁边通常需并联一颗MLCC小电容(0.1uF),此电容越近IC越好,因此电容是高频电容,IC在驱动MOSFET时会由此电容抽能量,且其他噪声在进IC前可先被此电容过滤一次,不论此噪声是经由偏压回路或是地的回路皆有过滤作用。 图24 小信号回路是指IC的各个出脚端,信号愈小的脚位愈容易被干扰,IC在运作时不外乎侦测电压或电流信号,电压信号是由此脚位与地之间形成的电压准位来做判定,而电流信号则是由撷取信号端到IC脚位上的电流大小来决定,因信号愈小愈容易被外来的信号所干扰,尤其是不到1V的电压信号或是不到1mA的电流信号,所以在布线时要非常小心此小信号的走线。 另外,IC驱动MOSFET的栅极回路里也会回到IC的地而形成一电源回路,因为了减少开关损失,IC流入或流出MOSFET的栅极电流有时会超过1A以上,因此IC的输出至MOSFET的栅极与IC至地的走线也很重要,其回路就如同下图粉红色所示。 在此以反激式架构来做说明,反激式简图如图25所示,MOSFET下方会串联一电阻(Rsense)来做电流侦测,其侦测的信号通常都很小来达到低功率损失(

    时间:2020-12-25 关键词: EMI 开关电源

  • 同步整流和非同步整流有什么区别?

    编排 | 电子电路 来源 | 上海芯龙半导体技术股份有限公司 开关电源是通过功率管打开时给电感充电,电感储能;功率管断开时,电感释放能量,从而实现电压变换。 在功率管断开时,电感释放能量需要电流回路,续流元器件的选用不同,就会涉及到不同的整流方式,即同步整流和非同步整流。 那么同步整流和非同步整流到底有什么差别呢? 一、区分同步与非同步 1、非同步 以BUCK电路为例,若电路中只有一个MOS管(功率管),而在续流回路中采用的是整流二极管(二极管具有单向导电性,不需要外加电路控制其通断),则该电路就是非同步的,因为它只有一个 mos管(或者说开关管)需要用电路控制,续流二极管不需要控制电路,也就不用去强调同步控制二极管(D1),即可以理解为非同步,非同步电路如图1 图一 2、同步 若在电路中续流回路中使用的也是MOS管(Q2),即上下管都是MOS管,因为MOS管本身是需要外控制的元器件,整流过程中必须根据电源的开关时序同步控制Q1与Q2,所以该电路为同步,同步电路如图2所示: 图二 同步是采用通态电阻极低的功率 MOS管,来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术;它能大大提高 DC/DC 变换器的效率。 功率 MOS管属于电压控制型器件,且它在导通时的伏安特性呈线性关系。用功率 MOS管做整流器时,要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能,故称之为同步整流。 二、同步、非同步的优缺点 1、非同步的优缺点 ◆稳定性高 由于肖特基二极管被动导通,不会存在同步整理电路中上下管同时导通的情况,所以其稳定性同比要高于同步整理电路。 ◆效率低 当流过肖特基二极管的电流较大时,续流电流在二极管上产生的电压比较大(0.5V左右),当输出的电压很低的时候,二极管的电压降就占了很大的比重,它消耗的功率相对较大,所以在大电流,小电压输出时候效率偏低。 2、同步的优缺点 ◆效率较高 一般MOS管的内阻非常小,在流过相同电流条件下,其导通电压降远远小于普通肖特基二极管的正向导通压降,则MOS管的损耗功率远远比二极管的小,所以同步整流的效率会高一些 。 ◆稳定性不足 Mos管需要驱动电路,同步整流需要为MOS管额外添加一个控制电路,使得上下两个MOS管能够同步,相对于非同步,同步的控制电路相对复杂,电路越复杂,稳定性越不可靠,若逻辑出现混乱,上下管同时导通,则系统必定失效。 三、同步与非同步的选择 选择使用同步还是非同步主要从效率、成本和可靠性三个方面来考虑。 对于较高输出电压,较高的占空比,非同步系统中的肖特基二极管与同步整流的下功率管的功耗都比较少,此时同步整流与非同步整流的转换效率差异不明显; 而对于低输出电压,低占空比,大电流应用来说,采用同步整流的转换效率相对较高。 综上,如果要求效率比较高而对成本和可靠性的要求不太高的话,就可以选用同步整流方案;若对效率要求不是很高,则首选非同步,其可靠性比较好。 免责声明: 本文部分素材来源网络,版权归原作者所有。如涉及作品版权问题,请与我联系删除。 ------------ END ------------ 微信公众号『嵌入式专栏』,底部菜单查看更多内容,回复“加群”按规则加入技术交流群。 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-12-23 关键词: 电流 开关电源

  • 如何控制LED驱动器的EMI?当然Silent Switcher莫属~

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    时间:2020-12-16 关键词: LED 开关电源

  • 手把手教你,单端正激式开关电源拓扑图的选用技巧

    电源技术要求 选用单端正激式开关电源拓扑图如下,因为它是一种小型、经济,也是开关电源应用较多一种,并且它功率输出在50~200W是最合适的。设计技术要求如下: 输入电压:交流220V±10% 输出电压UO:15V 输出电流IO:10A 纹波电压UP:0.5V 输出波动电流IP:±0.1A 开关电源设计步骤 变压器设计 1、输出变压器次级电压U2计算 UL是输出扼流圈在内次级线圈的电压降,Uf是输出二极管的正向电压。 最低的次级电压U2min为: 2、初、次级线圈计算 输入直流电压U1的最小值使用按输出电路计算求得的U1min值。根据中国输配电情况U1=200~253V,则变压比N为: 根据输出容量磁心尺寸关系表选取EI-30。它的有效面积为S=111mm2磁心材质相当于TDK的H7C4,最大工作磁道密度Bm可查得.实际使用时的磁心温度约100℃,且要选择能保持线性范围的Bm,即0.3T以下。当磁心温度有100℃,工作频率200KHz时,约减少0.1T而成为 。根据线圈计算公式则 因而次级N2 = 4,式中Bm为磁心的磁通密度(T);S为磁心的有效截面积(mm2)。初级线圈的匝数则是 确定 。次级线圈所需要的电压U2min一定要充分,因此要进行ton max  的修正计算。 Dmax修正结果为0.42,仍然在0.4~0.45范围内,可以继续使用以下计算。 输出滤波器设计 在开关电源中带磁心的电感器,一般采用电感线圈Lf 与输出滤波电容器Cf 构成的“L”型滤波器如下图。电感线圈对高频成分呈现很高的感抗,而电容对高频成分呈现很小容抗,已达到在电路中抑制纹波和平滑直流的作用。 1、输出扼流圈的电感值设计 计算流入输出扼流圈电流 L为输出扼流圈的电感(μH);为输出电流的10%~30%。则有 电感L值为: 由此可见,需要11.86μH,10A的扼流圈。 2、输出滤波电容的确定 输出电容器的选定取决于输出脉动电压控制在多少毫伏。输出脉动电压 虽要根据 和输出电容器的等效串联电阻 确定,但一般规定为输出电压的0.3%~0.5%范围。 就是在200HKz范围内,需要 值在37.5m 以下电容器的。所以可以选择20V,8200 H,则 为31m ,容许脉动电流为2.9Ams。 流向电容器的纹波电流为: 3、滤波器电阻设计 要想不是输出扼流圈的电流中断而直接使用时,可以假设电阻值为Rd 则假设电阻Rd 电耗为Wrd 5、复位电路计算 复位电路如图所示。开关功率管VT1接通时,变压器T1的磁通增加,磁能被储存到T1,当VT1截止时,即放出这种受激磁的磁能下图复位线圈到T1上以在VT1截止时通过VD1把磁能反馈到输入。 则磁复位串接在N3的中二极管VD1承受最大电压为 那么选择VD1额定电压为800V,这样基本符合要求的。 6、功率开关管选择 下图为MOSFET型功率开关管,它主要具有驱动功率小,器件功率容量大;第二个显著特点是开关速度快,工作频率高,另外他的热稳定性优于GTR等优点,也是目前开关变换器广泛应用的开关器件。 根据单端正激式变换器计开关管VT1承受最大电压公式得: 流过MOSFET开关管最大电流为: 根据上面功率MOSFET表,可以选择2SK2718型号。它的最高承受电压为900V,允许最大电流为2.5A,而功率损耗是40W,是上面功率最小损耗的。 7、输出二极管选择 输出二极管有肖特基二极管(SBD),低损耗二极管(LLD)、高速二极管(FRD)。输出为低压大电流时应采用肖特基二极管,其他则采用低损耗或调整二极管。 选择二极管时要注意选择反向恢复时间trr快的二极管。这是因为主开关元件闭合时反向流入二极管的电流会影响初级线圈开关特性并致使损耗增大。同时,输出噪声也会受很大影响的。所以输出整流二极管选择一般原则有四点。 1、选用正向压降VDF小的整流二极管; 2、选用反向恢复时间trr整流二极管; 3、选用正向恢复电压VFRm整流二极管; 4、选用反向漏电流IR小整流二极管。 续流二极管VD2选择: 续流二极管VD2上的反向电压UVD2与输出变压器次级电压的最大值是相同的。根据单端正激式变换器公式得: 流过它方向电流Ir一般看作与IO大致相同的,即 Ir=Io=10A. 可选择低损耗二极管MBR1545 作为续流二极管它参数为,Uds=45V, IO=15A,trr<1.0ns. 8、恒流输出电路设计 ① 恒流输出原理 任何电源要实现恒流功能,均需对电源的输出电流进行检测取样,与电流设置值即参考值进行比较,经负反馈放大调节(P、PI、PID)。线性串联稳压是调节调整管的压降,而开关电源是调节变换器的脉宽(或占空比),维持输出电流的恒定。 下图是恒流控制反馈系统图。图中Iref是电流设置基准;CR是电流PI调节;Kfi是电流取样反馈系数;RS、Ro是电流取样电阻和负载电阻。该系统采用是电流模式控制,可以检测变换器输出电流,适当地选取反馈系数Kfi, 通过P(比例)、PI(比例积分)、PID(比例积分微分器)实现恒流控制。在反馈系数不变情况下,也可以通过改变电压或电流实现恒流值控制。 下图是恒流电源常用电路,其中采样电阻RS串联在功率回路里,作为回路电流的采样元件。它把回路电流转换成电压信号,并与基准电压Uref在放大器中进行比较放大,然后将其送至调整管VT的基极,驱动调整管VT对输出电流IO变化进行补偿校正。就可以实现恒流输出的。 9、缓冲吸收电路设计 在开关电源中,由于变压器的漏感、布线的引线电感存在、开关管在关断瞬间会产生很高的电压尖峰脉冲。整流快速恢复二极管由于存在存储效应,反向恢复过程中也会出现很高的反向恢复的碾压尖峰脉冲。这些过电压尖峰脉冲的出现不但危及功率器件的工作安全性,而且形成很强的电磁干扰噪声。为此必须在功率器件两端设计尖峰电压缓冲吸收电路。缓冲电路图如下 从缓冲电路中均有电容器元件,电容器的端电压不能突变,当MOSFET功率开关管关断是形成尖峰电压脉冲能量转移到电容器中储存,然后电容器的储能通过电阻消耗或返回电源,起到缓冲吸收电压尖端作用。而输出二极管两端产生的反向浪涌电压同时也受到限制,这样因此反向浪涌电流就会随之而减少,以及减少损耗和可能出现振荡。 10、控制电路设计 下面采用是UPC1094C控制电路 ① 振荡器 振荡器的振荡频率fosc有接在引脚6上的定时电阻器R17与接在引脚5上的定时电容器C15决定的。当 时振荡频率 。 ② 启动电路 启动电路由接在引脚8上R14接上外部电源为芯片工作提供Vcc=15V电源,而接在引脚9上是通过R10接在外部电路提供集电极电压。 ③ 限流电路 过流保护电路由R18、R19 、C16组成。它们是接到引脚3上的,在正常情况下,引脚3上电压低于200mV。当出现过流时,引脚3上的电压超过200mV的正负阀值,输出级被锁定为低电平,下个脉冲周期来之前,过流闭锁器复位,对下个周期的过电流进行检测,限制脉冲宽度。 ④ 过电压保护电路 过电压保护电路由光电耦合器PC1、R16组成的。当输出电压超过15V时,光电耦合器PC1动作,经过引脚2接入反馈电压电路,使输出级锁定为低电平。 ⑤ 最大占空比的设定和软启动 最大占空比是由电阻器R14、R15分压比来确定的。为了防止变压器的磁饱和,当电源电压刚启动时,与R14并联的电容器C14上电压不能突变,引脚1上电压为UREF,占空比为最大的。 ⑥ 输出电压控制电路 输出电压可通过调节R5、R6、R7组成分压电路确定的。 11、PCB布线 在画PCB布线时,应先确定元器件的位置,然后布置地线、电源线、再安排高速信号线,最后考虑低速信号线。 元器件的位置应按电源电压、数字及模拟电路、速度快慢、电流大小等进行分组,以免相互干扰。格局元器件的位置可以确定PCB连接器各个引脚的安排。所有连接器应安排在PCB的一侧,尽量避免从两侧引出电缆,减少共模辐射。 ① 电源 在考虑安全条件下,电源线应尽可能近地线,减小差模辐射的环面积,也有助于减小电路的交扰。 ② 时钟线、信号线和地线位置 信号线与地线距离较近,形成的环面积较小;这样才合理的。 ③ 按逻辑速度分割 当需要在电路板上布置快速、中速和低速逻辑电路时,高速的器件应按放在紧靠边缘连接器范围内,而低速逻辑和存储器,应放在远离连接器范围内。这样对共阻抗耦合、辐射和交扰的减小都是有利的。 ④ 应避免PCB导线的不连续性 1)、迹线宽度不要突变; 2)、导线不要突然拐角。 12、电路仿真 国内外电路仿真软件有:saber、EDA、EWB、Multisim、MATLAB、Special Puipose等,而在这次开关电源设计是利用Multisim电路仿真软件来测试电路的。Multisim仿真软件是继承了EWB软件的诸多优点的,并且在功能和操作方法上有很大改进的。它可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析等强大的功能的,以帮助设计人员分析电路的合理性 ① 仿真原理图 2、进行各项参数与波形仿真测试 (1)、 市电输入交流电为220V,万用表读数输入电压波形图如下: (2)功率开关管出发脉冲图测试: (3)输出稳压波形测试: (4)变压器经过整流后二次直流电压测试: (5)输出电流测试: (6)功率测试: 最后,通过对整体电路的功能和典型性能参数进行了仿真验证,仿真结果均达到预定指标,证实了方案可行性与理论分析的正确性。 版权归原作者所有,如有侵权,请联系删除。 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-12-11 关键词: 电路图 开关电源

  • 真的很容易解决!开关电源调试中经常困扰工程师的几个问题

    开关电源,又称交换式电源、开关变换器,是一种高频化电能转换装置,是电源供应器的一种。其功能是将一个位准的电压,透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。开关电源的输入多半是交流电源(例如市电)或是直流电源,而输出多半是需要直流电源的设备,例如个人电脑,而开关电源就进行两者之间电压及电流的转换。下面我来介绍几种开关电源调试会碰到的问题及解决办法。 变压器饱和现象 在高压或低压输入下开机(包含轻载,重载,容性负载),输出短路,动态负载,高温等情况下,通过变压器(和开关管)的电流呈非线性增长,当出现此现象时,电流的峰值无法预知及控制,可能导致电流过应力和因此而产生的开关管过压而损坏。 容易产生饱和的情况:  1)变压器感量太大; 2)圈数太少; 3)变压器的饱和电流点比IC的最大限流点小; 4)没有软启动。 解决办法: 1)降低IC的限流点; 2)加强软启动,使通过变压器的电流包络更缓慢上升。 Vds过高 Vds的应力要求: 最恶劣条件(最高输入电压,负载最大,环境温度最高,电源启动或短路测试)下,Vds的最大值不应超过额定规格的90%。 Vds降低的办法: 1)减小平台电压:减小变压器原副边圈数比;2)减小尖峰电压: a.减小漏感,变压器漏感在开关管开通是存储能量是产生这个尖峰电压的主要原因,减小漏感可以减小尖峰电压;b.调整吸收电路: ① 使用TVS管;② 使用较慢速的二极管,其本身可以吸收一定的能量(尖峰);③ 插入阻尼电阻可以使得波形更加平滑,利于减小EMI。 IC温度过高 原因及解决办法:1)内部的MOSFET损耗太大:开关损耗太大,变压器的寄生电容太大,造成MOSFET的开通、关断电流与Vds的交叉面积大。解决办法:增加变压器绕组的距离,以减小层间电容,如同绕组分多层绕制时,层间加入一层绝缘胶带(层间绝缘) 。2)散热不良:IC的很大一部分热量依靠引脚导到PCB及其上的铜箔,应尽量增加铜箔的面积并上更多的焊锡3)IC周围空气温度太高:IC应处于空气流动畅顺的地方,应远离零件温度太高的零件。 空载、轻载不能启动 现象: 空载、轻载不能启动,Vcc反复从启动电压和关断电压来回跳动。 原因: 空载、轻载时,Vcc绕组的感应电压太低,而进入反复重启动状态。 解决办法: 增加Vcc绕组圈数,减小Vcc限流电阻,适当加上假负载。如果增加Vcc绕组圈数,减小Vcc限流电阻后,重载时Vcc变得太高,请参照稳定Vcc的办法。 启动后不能加重载 原因及解决办法: 1)Vcc在重载时过高重载时,Vcc绕组感应电压较高,使Vcc过高并达到IC的OVP点时,将触发IC的过压保护,引起无输出。如果电压进一步升高,超过IC的承受能力,IC将会损坏。 2)内部限流被触发a.限流点太低重载、容性负载时,如果限流点太低,流过MOSFET的电流被限制而不足,使得输出不足。解决办法是增大限流脚电阻,提高限流点。b.电流上升斜率太大上升斜率太大,电流的峰值会更大,容易触发内部限流保护。解决办法是在不使变压器饱和的前提下提高感量。 待机输入功率大 现象: Vcc在空载、轻载时不足。这种情况会造成空载、轻载时输入功率过高,输出纹波过大。 原因: 输入功率过高的原因是,Vcc不足时,IC进入反复启动状态,频繁的需要高压给Vcc电容充电,造成起动电路损耗。如果启动脚与高压间串有电阻,此时电阻上功耗将较大,所以启动电阻的功率等级要足够。电源IC未进入Burst Mode或已经进入Burst Mode,但Burst 频率太高,开关次数太多,开关损耗过大。 解决办法:调节反馈参数,使得反馈速度降低。 短路功率过大 现象: 输出短路时,输入功率太大,Vds过高。原因:输出短路时,重复脉冲多,同时开关管电流峰值很大,造成输入功率太大过大的开关管电流在漏感上存储过大的能量,开关管关断时引起Vds高。输出短路时有两种可能引起开关管停止工作:1)触发OCP这种方式可以使开关动作立即停止a.触发反馈脚的OCP;b.开关动作停止;c.Vcc下降到IC关闭电压;d.Vcc重新上升到IC启动电压,而重新启动。2)触发内部限流这种方式发生时,限制可占空比,依靠Vcc下降到UVLO下限而停止开关动作,而Vcc下降的时间较长,即开关动作维持较长时间,输入功率将较大。a.触发内部限流,占空比受限;b.Vcc下降到IC关闭电压;c.开关动作停止;d.Vcc重新上升到IC启动电压,而重新启动。 空载、轻载输出反跳 现象: 在输出空载或轻载时,关闭输入电压,输出(如5V)可能会出现如下图所示的电压反跳的波形。 原因: 输入关掉时,5V输出将会下降,Vcc也跟着下降,IC停止工作,但是空载或轻载时,巨大的PC电源大电容电压并不能快速下降,仍然能够给高压启动脚提供较大的电流使得IC重新启动,5V又重新输出,反跳。 解决方法: 在启动脚串入较大的限流电阻,使得大电容电压下降到仍然比较高的时候也不足以提供足够的启动电流给IC。将启动接到整流桥前,启动不受大电容电压影响。输入电压关断时,启动脚电压能够迅速下降。(以上删减了一些)很多未进行过开关电源调试的工程师会对它产生一定的畏惧心理,比如担心开关电源的干扰问题,开关电源的各种异常现象等。其实只要了解了,一步步排除问题,开关电源调试还是非常方便的。 END 版权归原作者所有,如有侵权,请联系删除。 ▍ 推荐阅读 太美了!PCB布线怎么可以这么美? 对于PCB厂的工程师来说,Layout就是硬件的艺术 图文并茂解析变压器各种绕线工艺!(包含各种拓扑) 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-12-09 关键词: 电压 电流 开关电源

  • 年产磁性元件超15亿只、电源3亿只厂商——可立克授权世强硬创电商代理其开关电源/变压器等全线产品

    据悉,国内第一家以变压器为主体的上市公司可立克(CLICK)近期与世强硬创电商达成战略合作关系,授权后者全线代理其变压器、电感等磁性元件和开关电源产品。 可立克作为全球著名的磁性元件和电源技术解决方案供应商,其年产电源超3500万只、磁性器件超1.6亿只,产品远销欧美、澳洲、南美等地区,应用覆盖各类开关电源、直流充电桩、光伏逆变器、储能逆变器、消费电子、商用电子、照明电子、通讯等领域。 目前,世强硬创电商平台已上线可立克的变压器&电感等磁性元件和开关电源产品资料和最新技术资讯,用户可登录世强硬创电商官网获取可立克相关产品信息,了解品牌详情。

    时间:2020-12-02 关键词: 世强硬创 可立克 开关电源

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