当前位置:首页 > 电源设计
  • 提升EMI表现同时减少整体方案尺寸,TI将有源EMI滤波器集成到了DC/DC控制器中

    提升EMI表现同时减少整体方案尺寸,TI将有源EMI滤波器集成到了DC/DC控制器中

    电源工程师在进行整体方案设计时,实现低EMI是其非常重要的考量之一。当前汽车和工业应用的整体复杂度提高,方案中电子元器件的种类和数量提升,各种不同的通信协议的添加,让EMI设计的复杂度和面积都有相应的提升 ,因此工程师在低EMI的设计方面面临着更大的挑战。如何帮助工程师来解决这一难题?TI最近发布的首款具有集成式有源EMI滤波器的DC/DC控制器就是很好的答案。TI针对其全新电源产品和低EMI的产品组合在中国召开了线上媒体发布会,德州仪器升压与多通道DC/DC产品线副总裁兼总经理 Cecelia Smith女士和德州仪器宽输入电压及降压开关电源产品线经理 Ganesh Srinivasan先生和记者进行了精彩的分享。 围绕低EMI构建的完整支持生态 EMI可以分为传导EMI和辐射EMI,整个方案在进行EMI的控制时,所采取的手段也是多样的 。如何实现低EMI的效果,对于工程师而言是一个非常重要的设计考量。我们认为TI的贴心之处在于,围绕着低EMI这一主题,将低EMI器件、在线EMI工具、技术文档和视频、 测试场地和人工支持都整合在了一起 ,给了工程师打造了一个关于低EMI的全面的支持生态。而且TI也强调其在降低EMI的同时,整体方案在电源效率和功率密度上也无需妥协。 据Cecelia Smith介绍,TI会在EMI方面进行持续投入:第一是为客户提供EMI测试的场地实验室,客户可以将其所需要测试的设备带到测试场地内做CISPR 25或CISPR 32等EMI测试,TI也能够提供一定的服务和技术上的支持;同时TI构建了非常强大的生态系统,用户可以在官网TI.com上找到EMI相关设计,也可以使用Webench做EMI的模拟仿真,包括输入滤波器的模拟。数据表、规格书和评估板的用户手册等都包含了该产品的EMI测试结果,包括针对CISPR 25和CISPR 32的规范;客户有其他的问题也可以通过TI线上E2E论坛来寻求TI工程师会在线解答。 实现EMI和面积双重优化 在EMI控制的具体实现技术路径上,TI具有两个思路来减少辐射发射。一是通过减小无源滤波器的尺寸来降低系统成本,包括创新扩频技术和度异相开关。二是通过减少设计时间并降低设计的复杂度,从源头上根本性地减少产生的EMI,主要通过集成式旁路电容器、集成型有源EMI滤波器和更低封装的寄生效应。 创新的低EMI的明星产品包括:LM25149-Q1 降压控制器、LMQ61460 同步降压转换器、TPS25850-Q1 充电端口控制器、LM5157-Q1 非同步升压转换器和UCC12050 隔离式直流/直流电源。针对不同类型的电源器件,TI分别配置了不同类型的低EMI的技术:LMQ61460通过内部集成旁路电容器和假随机扩频的低EMI,降低峰值辐射发射。同时也采用HotRod封装,通过优化的引脚排列帮助实现更少的开关节点振铃;TPS25850-Q1是采用了扩频频率抖动来帮助降低EMI;LM5157-Q1则提供了包括DRSS、外部时钟同步和2.2MHz开关功能在内的广泛的选择来缓解EMI;UCC12050内集成变压器具有较低的初级到次级电容,并针对低EMI性能进行了优化。 LM25149-Q1和LM25149降压控制器则是此次最新发布的产品,集成式有源EMI滤波器和双随机展频(DRSS)技术可在多个频带上将传导EMI降低高达55dBµV。工程师可将外部EMI滤波器的面积和体积分别缩减近50%和75%以上。工程师还可以同时缩减滤波器尺寸和降低EMI。因此在设计中采用该全新产品可以帮助设计者在整体方案上实现更低BOM成本和更小方案面积。 据 Ganesh Srinivasan分享,LM25149-Q1以及工业版本LM25149是业界首款具有集成有源EMI滤波器的DC/DC降压控制器。有源EMI滤波器能够检测输入端的噪声和纹波电压,在直流输入母线上注入与其相位相反的电流,从而消除电流或电压干扰,以降低EMI噪声和纹波电压。LM25149既具有有源EMI滤波器(AEF),同时也具备双随机展频(DRSS)技术,这是另外一项EMI的创新,这两者相结合可以在整个EMI测试频段中提供业界领先的EMI性能。DRSS这项技术结合了低频三角调制以及高频伪随机调制这两种调制方式,优化了低频和高频中EMI的性能。当使用这两者技术,包括DRSS和有源滤波器之后,可以给用户最高在400GHz的情况下带来55 dBµV的降幅,进一步改善电源的EMI性能。 随着汽车和工业应用的升级,整体方案的低EMI设计目标越发困难。TI提供的低EMI元器件产品组合,配合全套的低EMI生态,可以给予设计工程师很好的支持。而且在降低EMI的同时,也可以实现方案面积的降低,同时还保证整体的电源功率密度较高水平。

    时间:2021-04-13 关键词: EMI 电源设计

  • 只需要5个步骤,这些工具就可以改进你的电源设计~

    由于没有典型的应用,设计正确的电源既重要又复杂。虽然尚未完全实现电源设计的自动化,但目前已存在一系列半自动化工具。本文通过电源设计过程的五个关键步骤,详细介绍了如何使用半自动化设计工具。这些工具对于电源设计工程师新手和专家都很有价值。 电源设计第1步:创建电源架构 创建合适的电源架构是电源设计的决定性步骤。此步骤通过增加所需电压轨的数量而变得更加复杂。此时决定是否需要创建中间电路电压以及创建多少。图1所示为电源的典型方框图。左侧显示工业应用的24 V电源电压。此电压现在必须转换为5 V、3.3 V、1.8 V、1.2 V和0.9 V,并提供相应的电流。生成单个电压的最佳方法是什么?要从24 V转换为5 V,最好选择经典的降压开关转换器。但是,如何生成其他电压呢?从已创建的5 V生成3.3 V合理吗,或者我们是否应直接从24 V转换为3.3 V?回答这些问题需要进一步分析。由于电源的一个重要特性是转换效率,在选择架构时尽可能保持高效率非常重要。 如果中间电压(如示例中的5 V)用于生成其他电压,则用于3.3 V的电能必须已经通过了两个转换级。每个转换级都只能实现有限的效率。例如,假设每个转换级的转换效率为90%,则已通过两个转换级的3.3 V电能的效率仅为81% (0.9 × 0.9 = 0.81)。系统能否承受这样低的效率?这取决于该3.3 V供电轨所需的电流。如果只需要几mA的电流,则效率低可能根本不是问题。但是,对于更高的电流,这种较低的效率可能对整体系统效率的影响更大,因此是一个很大的劣势。 然而,从上述考虑来看,并不能由此得出结论:直接一步从较高的电源电压转换为较低的输出电压始终更好。可处理较高输入电压的电压转换器通常更昂贵,当输入电压和输出电压之间的压差很大时,效率也会降低。 在电源设计中,可以使用LTpowerPlanner®等架构工具来寻找最佳架构。此工具可从ADI公司免费获取,它属于LTpowerCAD®开发环境的一部分,可以安装在您的计算机上。利用LTpowerPlanner工具,可快速轻松地评估不同的电源架构。 确定最终规格 确定最终规格在电源设计中极其重要。所有其他开发步骤都取决于这个规格。通常,在电子系统的其余部分设计完成之前,电源的精度要求是未知的。这通常会给电源设计开发又增加了一层时间限制。规格在开发阶段后期也经常会发生改变。例如,如果在最终编程设计时发现FPGA需要额外的功率,则必须降低DSP的电压以节省能量,或者必须避免原定的1 MHz开关频率,因为它会耦合到信号路径中。这种更改会对架构产生非常严重的影响,特别是对电源电路设计。 规格通常在早期阶段采用。此规格应设计得尽可能灵活,这样更改起来会相对容易。在这一方面,选择多功能集成电路很有帮助,使用开发工具尤其有用。这样可以在短时间内重新计算电源。通过这种方式,可更轻松,最重要的是可更快速地完成规格更改。 规格包括可用能源、输入电压、最大输入电流以及要生成的电压和电流。其他考虑因素包括尺寸、财务预算、散热、EMC要求(包括传导和辐射行为)、预期负载瞬态、电源电压变化和安全性。 LTpowerPlanner作为优化辅助工具 LTpowerPlanner提供创建电源系统架构所需的所有必要功能。它操作非常简单,因此可以快速进行概念开发。 先定义输入能源,再添加单个负载或用电设备。然后添加单个DC-DC转换器模块。可以是开关稳压器或低压差(LDO)线性稳压器。所有组件均可指定自己的名称。存储预期转换效率用于计算整体效率。 使用LTpowerPlanner有两大优势。首先,通过简单的架构计算,可以确定对整体效率有利的各个转换级的配置。图2所示为相同电压轨的两个不同架构。底部架构的整体效率略高于顶部架构。不进行详细计算的话,这一点并不明显。而使用LTpowerPlanner时,立即会显现这种差异。 LTpowerPlanner的第二个优势是提供条理清晰的文档。图形用户界面可提供清晰的架构草图,这一可视化工具在与同事讨论和记录开发工作时会非常有用。文档可以存储为纸质拷贝或数字文件。 图2.两个均具有效率计算功能的竞争架构。 电源设计第2步:为每个DC-DC转换器选择集成电路 如今在设计电源时,都使用集成电路而非具有很多独立组件的分立电路。市场上有许多不同的开关稳压器IC和线性稳压器。它们都针对某一种特定的特性进行优化。有趣的是,所有集成电路都各不相同,并且只有在极少数情况下才可以互换。因此,选择集成电路是非常重要的一步。一旦选定了集成电路,在后续设计过程中,该电路的特性固定不变。如果后面发现其他IC更适合,则需要重新开始整合新的IC。这种开发工作可能非常耗时,但使用设计工具可以减轻一些工作量。 使用工具对于有效选择集成电路至关重要。在 analog.com 上进行参数搜索就可以使用这种工具。在LTpowerCAD中搜索组件的效率甚至更高。图3所示为搜索窗口。 图3.使用LTpowerCAD搜索合适的开关稳压器IC。 图4.LTpowerCAD电源计算工具。 要使用此搜索工具,只需输入一些规格。例如,可输入输入电压、输出电压和所需的负载电流。根据这些规格,LTpowerCAD生成建议解决方案列表。输入额外条件可进一步缩小搜索范围。例如,在"Optional Features"类别中,可从使能引脚或电气隔离等特性中进行选择,查找合适的DC-DC转换器。 电源设计第3步:单个DC-DC转换器的电路设计 第3步是电路设计。需要为所选的开关稳压器IC选择外部无源元件。在此步骤中对电路进行优化。这通常需要仔细研究数据手册,并进行所有必需的计算。使用综合设计工具LTpowerCAD可极大地简化电源设计的这一步骤,并可进一步优化结果。 LTpowerCAD作为强大的计算工具 LTpowerCAD由ADI公司开发,旨在简化电路设计。它不是仿真工具,而是计算工具。它可以根据输入的规格,在很短的时间内提供有关优化的外部元件的建议。可优化转换效率。也可计算控制环路的传递函数。这有助于轻松地有效控制带宽和稳定性。 在LTpowerCAD中打开开关稳压器IC后,主屏幕将会显示具有所有必需外部元件的典型电路。图4显示了以 LTC3310S 为例的主屏幕。此降压开关稳压器的输出电流高达10 A,开关频率高达5 MHz。 屏幕上的黄色字段显示计算值或指定值。用户可使用蓝色字段配置设置。 选择外部元件 LTpowerCAD基于详细的外部元件模型,而不只是理想值计算,因此能够可靠地仿真实际电路的行为。Ltpower包括一个大型数据库,其中包含多个制造商的集成电路模型。例如,电容的等效串联电阻(ESR)和线圈的磁芯损耗都会考虑在内。要选择外部元件,可点击图4所示的蓝色外部元件。将打开一个新窗口,显示一长串可能适用的元件。例如,图5所示为推荐的输出电容列表。此示例显示了来自不同制造商的88种不同电容。也可退出推荐元件列表并选择Show all(显示全部)选项,从4660多种电容中进行选择。 此列表还在不断扩大和更新。尽管LTpowerCAD是一个离线工具,不需要连接互联网,但定期更新软件(使用更新功能)将确保集成开关稳压器IC和外部元件数据库始终保持最新。 图5.LTC3310S不同输出电容的列表框。 检查转换效率 选择最优外部元件后,可使用Loss Estimate & Break Down(损耗估计和分解)按钮检查开关稳压器的转换效率。 然后会显示效率和损耗的精确图表。此外,还可基于外壳的热阻计算IC中达到的结温。图6所示为转换效率和热行为的计算页面。 对电路响应满意后,可进行下一组计算。如果效率不理想,可更改开关稳压器的开关频率(见图6左侧),或更改所选的外部线圈。然后会重新计算效率,直至获得满意的结果。 优化控制带宽并检查稳定性 选择外部元件并计算效率后,控制环路得到优化。必须通过环路设置确保电路可靠稳定,在提供高带宽时不会出现振荡甚至不稳定的情况,也就是说,能够对输入电压变化做出响应,特别是对负载瞬态做出响应。在LTpowerCAD中,可通过Loop Comp.& Load Transient(环路补偿和负载瞬态)选项卡考虑稳定性因素。除了波特图和负载瞬态后的输出电压响应曲线外,还有许多设置选项。 图6.电路的效率计算和热响应。 图7.在LTpowerCAD中设置控制环路。 Use Suggested Compensation(使用建议补偿)按钮最重要。在这种情况下,可使用优化补偿,用户无需深入了解控制工程即可调整任何参数。图7显示设置控制环路时的LTpowerCAD屏幕。 在LTpowerCAD中执行稳定性计算是此架构的一个亮点。计算在频域中执行,速度很快,比时域仿真快得多。因此,可以在试验基础上更改参数,并在几秒钟内提供更新的波特图。而时域仿真通常需要很多分钟甚至数小时。 检查EMC响应并添加滤波器 根据规格,在开关稳压器的输入或输出端可能需要额外的滤波器。尤其是缺乏经验的电源开发人员将会面临巨大挑战。他们需要解决以下问题:必须如何选择滤波器元件,才能确保输出端有一定的电压纹波?是否需要输入滤波器,如果需要,必须如何设计该滤波器,才能使传导辐射低于一定的EMC限制?在这方面,在任何情况下都不允许滤波器和开关稳压器之间的交互导致不稳定。 图8所示为Input EMI Filter Design,这是LTpowerCAD中的一个子工具。可从优化外部无源元件的第一个页面访问此工具。启动此滤波器设计工具将显示使用无源IC和EMC图的滤波器设计。该图绘制了具有或没有输入滤波器的情况下的传导干扰,并且都在各种EMC规范(如CISPR 25、CISPR 22或MIL-STD-461G)的适当限制范围内。 频域中的滤波器特性和滤波器阻抗也可在输入传导EMC响应的图示旁边以图形方式显示。这对于确保滤波器的总谐波失真不会太高,以及滤波器阻抗与开关稳压器阻抗相匹配是很重要的。阻抗匹配问题会导致滤波器和电压转换器之间不稳定。 LTpowerCAD中会考虑这些具体因素,不需要深入了解这些知识。使用Use Suggested Values(使用建议值)按钮,可自动提供滤波器设计。 当然,LTpowerCAD也支持在开关稳压器的输出端使用滤波器。此滤波器通常用于输出电压只允许有非常低的输出电压纹波的应用。要在输出电压路径中添加滤波器,可单击Loop Comp.& Load Transient(环路补偿和负载瞬态)页面上的LC滤波器图标。单击此图标后,将通过新窗口显示一个滤波器,如图9所示。可在此处轻松选择该滤波器的参数。反馈环路既可连接在此附加滤波器的前面,也可连接在其后面。在这里,尽管输出电压具有很好的直流精度,但在所有工作模式下都能保证电路的稳定响应。 图8.LTpowerCAD中用于最大限度地减少开关稳压器输入端传导干扰的滤波器设计工具。 图9.在开关控制器的输出端 选择LC滤波器以减少电压纹波。 电源设计第4步:在时域中仿真电路 使用LTpowerCAD完成电路设计后,接下来的仿真极其重要。通常在时域中进行仿真。根据时间检查各个信号。也可在印刷电路板上测试不同电路的交互。还可将寄生效应集成到仿真中。这样,仿真结果变得非常准确,但仿真时间更长。 一般而言,仿真适合在实施真实硬件之前收集额外的信息。了解电路仿真的电位和限值很重要。仅通过仿真可能无法找到最优电路。在仿真过程中,可修改参数并重新启动仿真。但是,如果用户不是电路设计专家,则很难确定正确的参数,再进行优化。因此,仿真用户未必始终清楚电路是否已经达到了最佳状态。LTpowerCAD等计算工具更适合达成此目的。 使用LTspice仿真电源 ADI公司的LTspice®是一款功能强大的电路仿真程序。它易于使用,具有扩展的用户支持网络、优化选项,并可提供优质可靠的仿真结果,因而在全球范围内被硬件开发人员广泛使用。此外,LTspice是免费的,并可轻松安装在个人计算机上。 LTspice基于SPICE程序,该程序诞生于加州大学伯克利分校的电气工程与计算机科学系。SPICE是集成电路仿真程序的首字母缩写。该程序的许多商业版本都是可用的。虽然最初基于伯克利分校的SPICE,但LTspice在电路的收敛性和仿真速度方面进行了相当大的改进。LTspice的其他功能包括电路图编辑器和波形查看器。这两种工具的操作都很直观,即使对初学者也是如此。这些功能也为经验丰富的用户提供了很大的灵活性。 LTspice设计简单,易于使用。该程序可在 analog.com上下载,其中的大型数据库包含ADI公司几乎所有电源IC的仿真模型以及外部无源元件。如前所述,LTspice安装后即可离线使用。但是,定期更新可确保加载开关稳压器和外部元件的最新模型。 要启动初始仿真,可在analog.com上的电源产品文件夹中选择一个LTspice电路(例如,LT8650S评估板)。这些通常是适合可用评估板的电路。在analog. com上的特定产品文件夹中,双击相关LTspice链接,LTspice将在您的PC上本地启动完整电路。其中包括运行仿真所需的所有外部元件和预设。然后,单击图10所示的运行程序图标以启动仿真。 仿真后,可使用波形查看器访问电路的所有电压和电流。图11显示了电路上升时输出电压和输入电压的典型示意图。 SPICE仿真主要适用于详细了解电源电路,这样在构建硬件时就不会出现意外。也可使用LTspice更改和优化电路。此外,还可仿真开关稳压器与印刷电路板上其他电路部件的交互。这对发现相互依赖关系特别有用。例如,一次可同时仿真多个开关稳压器。这会延长仿真时间,但也可以检查某些交互作用。 最后,LTspice是目前IC开发人员所使用的功能极其强大且可靠的工具。ADI公司的很多IC都是借助此工具开发出来的。 图11.使用LTspice得到的LTC3310S电路仿真结果。 电源设计第5步:硬件测试 虽然自动化工具在电源设计中很有用,但下一步是执行基本硬件评估。开关稳压器以非常高的速率开关电流。由于电路(特别是印刷电路板布局)的寄生效应,这些开关电流引起的电压偏置会产生辐射。可使用LTspice对此类效应进行仿真。但是,要做到这一点,需要有关寄生特性的精确信息。大多数情况下无法获取这些信息。您必须做出许多假设,这些假设会降低仿真结果的值。因此,必须完成全面硬件评估。 印刷电路板布局——重要元件 印刷电路板布局通常称为一种元件。它很重要,例如,它无法像试验板一样,通过跳线来操作开关稳压器进行测试。主要是因为开关电流的路径中的寄生电感会导致电压偏置,从而无法这样操作。有些电路也可能因电压过高而损坏。 LTspice支持创建最佳印刷电路板布局。开关稳压器IC数据手册通常提供有关参考印刷电路板布局的信息。对于大多数应用,可使用这个建议的布局。 在指定温度范围内评估硬件 在电源设计过程中,可通过转换效率来确定开关稳压器IC是否在允许的温度范围内工作。但是,在预期的温度限制下测试硬件很重要。开关稳压器IC甚至外部元件的额定值在允许的温度范围内会发生变化。在使用LTspice进行仿真的过程中,可以轻松地考虑这些温度影响。但是,这样的仿真与给定参数一样好。如果这些参数具有实际值,LTspice就可以执行蒙特卡罗分析,从而得到想要的结果。在很多情况下,通过物理测试评估硬件仍更具实用性。 EMI和EMC考量 在系统设计的后期阶段,硬件必须通过电磁干扰和兼容性(EMI和EMC)测试。虽然这些测试必须使用真实硬件进行,但仿真和计算工具对于收集见解信息非常有用。可以在硬件测试之前评估不同的方案。当然,涉及的有些寄生因素通常不会在仿真中建模,但可以获取与这些测试参数相关的一般性能趋势。此外,从这类仿真中获得的数据可提供必要的见解,以便在初始EMC测试未通过的情况下,快速对硬件进行修改。由于EMC测试成本高、时间长,在早期设计阶段使用LTspice或LTpowerCAD等软件有助于在测试前获得更准确的结果,从而加快整个电源设计过程并降低成本。 总结 适用于电源设计的工具已变得非常复杂且强大,足以满足复杂系统的需求。LTpowerCAD和LTspice是具有简单易用界面的高性能工具。因此,这些工具对于任何专业水平的设计人员都会大有帮助。不管是经验丰富的开发人员,还是经验不足的新手都可以使用这些程序进行日常电源开发。 仿真功能的发展程度令人震惊。使用适当的工具可以帮助您更快地构建先进可靠的电源。 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:2021-04-04 关键词: 电源设计

  • 快来,为你的FPGA应用设计一款优秀的电源管理解决方案吧~

    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:2021-04-02 关键词: FPGA 电源设计

  • 设计思路参考:低压直流伺服电源设计全过程

    出品 21ic论坛  lvyunhua 网站:bbs.21ic.com 本文系21ic论坛网友lvyunhua原创,资料下载请点击“阅读原文”。

    时间:2021-03-18 关键词: 电源 伺服电源 电源设计

  • 关于信号隔离与电源隔离,这些知识点很重要!

    第一部分  信号隔离 模拟信号的隔离是非常头疼的,有时候不得不需要隔离。大部分基于以下需要: 1.隔离干扰源; 隔离数字信号的办法很多,隔离模拟信号的办法却没有想象的那么多,关键是隔离的成本,比想象的都要高出许多。特别是要求精确测量的场合,模拟信号的隔离,成本高得更加是离谱的无法想象。我从事这种系统开发多年,对自己所知道的隔离方法做个小小的总结: 数字隔离方法: 2. ADI 的磁隔离芯片,ADuMXXXX(XXXX为数字代号,如 I2C的ADuM1250); 数字隔离办法,一般实现的都是单向数字信号的隔离,对于双向数字信号,需要两个隔离单元来实现,体积非常的惊人;很难减小体积。相对于速度很成本,如果速度小于100KHz以下,个人推荐用Ps2501这样的常用光耦隔离数字信号,很好的性价比,隔离度也非常的高。一般Ps2501这样的光耦隔离度都在3000V/RMS以上。 1.线性光耦; 3.频压转换和压频转换+数字隔离; 5.采用DA/AD+数字隔离的办法实现模拟信号的采样复原,进而实现隔离的办法; 这种方法呢,隔离一般的信号还可以,实际上大批量应用是很难保证一致性和稳定性的。只是应用于线性度要求非常不高的场合。成本在所有模拟信号隔离方案里应该是最低的,可以做到5块钱/ch以下。 第二部分   电源隔离 在给嵌入式系统设计电源电路,或选用成品电源模块时,要考虑的重要问题之一就是用隔离还是非隔离的电源方案。在进行讨论之前,我们先了解下隔离与非隔离的概念,及两者的主要特点。 一、电源隔离与非隔离的概念 电源的隔离与非隔离,主要是针对开关电源而言,业内比较通用的看法是: 2、非隔离电源:输入和输出之间有直接的电流回路,例如,输入和输出之间是共地的。 隔离电源示意图如图所示。 使用隔离或非隔离的电源,需了解实际项目对电源的需求是怎样的,但在此之前,可了解下隔离和非隔离电源的主要差别:因此,在如下几个场合,建议用隔离电源: 1、涉及可能触电的场合,如从电网取电,转成低压直流的场合,需用隔离的AC-DC电源; 2、串行通信总线通过RS-232、RS-485和控制器局域网(CAN)等物理网络传送数据,这些相互连接的系统每个都配备有自己的电源,而且各系统之间往往间隔较远,因此,我们通常需要隔离电源进行电气隔离来确保系统的物理安全,且通过隔离切断接地回路,来保护系统免受瞬态高电压冲击,同时减少信号失真; 3、对外的I/O端口,为保证系统的可靠运行,也建议对I/O端口做电源隔离。 三、隔离与非隔离电源的应用场合 通过了解隔离与非隔离电源的优缺点可知,它们各有优势,对于一些常用的嵌入式供电选择,我们已可做成准确的判断: 1、 系统前级的电源,为提高抗干扰性能,保证可靠性,一般用隔离电源。 3、 对安全有要求的场合,如需接市电的AC-DC,或医疗用的电源,为保证人身的安全,必须用隔离电源,有些场合还必须用加强隔离的电源。 5、 对于采用电池供电,对续航力要求严苛的场合,采用非隔离供电。 四、抗电强度 电源的隔离耐压在GB-4943国标中又叫抗电强度,这个GB-4943标准就是我们常说的信息类设备的安全标准,就是为了防止人员受到物理和电气伤害的国家标准,其中包括避免人受到电击伤害、物理伤害、爆炸等伤害。如下图为隔离电源结构图。 隔离电源结构图 隔离耐压测试示意图 将耐压计的电压设为规定的耐压值,电流设为规定的漏电流值,时间设为规定的测试时间值; 注意在测试时焊接电源模块要选取合适的温度,避免反复焊接,损坏电源模块。 来源:网络 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:2021-03-01 关键词: 模拟信号 电源设计

  • 关于电气二次回路,这儿有40条秘籍,老司机助你快速入门!

    关于电气二次回路,这儿有40条秘籍,老司机助你快速入门!

    40个电气二次回路知识是电工和电气技术人员必须熟练掌握的基本技能和技术, 赶紧拿去收藏吧! 1、计算机构成保护与原有继电保护有何区别? 主要区别在于原有的保护输入是电流、电压信号,直接在模拟量之间进行比较处理,使模拟量与装置中给定阻力矩进行比较处理。而计算机只能作数字运算或逻辑运算。 因此,首先要求将输入的模拟量电流、电压的瞬间值变换位离散的数字量,然后才能送计算机的中央处理器,按规定算法和程序进行运算,且将运算结果随时与给定的数字进行比较,最后作出是否跳闸的判断。 2、零序电流保护的各段保护范围是如何划分的? 零序电流I段躲过本线路末端接地短路流经保护的最大零序电流整定;不能保护线路的全长,但不应小于被保护线路全长的15%~20%;零序II段一般保护线路的全长,并延伸到相邻线路的I段范围内,并与之配合。零序III段是I,II段的后备段,并与相邻线路配合。 3、什么是重合闸的后加速? 当线路发生故障时,保护按整定值动作,线路开关断开,重合闸马上动作。若是瞬时性故障,在线路开关断开后,故障消失,重合成功,线路恢复供电;若是永久性故障,重合后,保护时间元件被退出,使其变为0秒跳闸,这便是重合闸动作后故障未消失加速跳闸,跳闸切除故障点。 4、错误操作隔离开关后应如何处理? (1)错拉隔离开关时,刀闸刚离开静触头便发生电弧,这时立即合上,就可以消弧,避免事故,若刀闸已全部拉开,则不许将误拉的刀闸再合上; (2)错拉隔离开关时,即使合错,甚至在合闸时发生电弧,也不准再拉开,因为带负荷刀闸会造成三相弧光短路。 5、什么叫R、L、C并联谐振? 电阻、电感和电容相并联的电路,在一定频率的正弦电源作用下,出现电路端电压和总电流同相,整个电路呈阻性的特殊状态,这个状态叫并联谐振。 6、距离保护的起动元件采用负序、零序增量元件有何有点? (1)灵敏度高; (2)可见做振荡闭锁装置的起动元件; (3)在电压二次回路断线时不会误动; (4)对称分量的出现与故障的相别无关,故起动元件可采用单个继电器,因此比较简单。 7、保护装置符合哪些条件可评定位一类设备? 一类设备的所有保护装置,其技术状况良好,性能完全满足系统安全运行要求,并符合以下主要条件: (1)保护屏、继电器、元件、附属设备及二次回路无缺陷; (2)装置的原理、接线及定值正确,符合有关规定、条例的规定及反事故措施求; (3)图纸资料齐全,符合实际; (4)运行条件良好。 8、对控制开关的检查项目及其内容有哪些? 对控制开关的检查内容有: (1)外壳清洁无油垢,完整无损; (2)安装应牢固,操作时不活动; (3)密封盖密封良好; (4)各接线头联接应牢固,不松动,不锈蚀; (5)转动灵活,位置正确,接触良好; (6)打开密封盖,用手电筒照着检查,内部应清洁,润滑油脂不干燥,接触点无烧损。用绝缘棍试压触片,压力应良好。 9、变压器差动保护在变压器空载投入时民营检查哪些内容? 变压器的差动保护,在新安装时必须将变压器在额定电压下做5次空载试验。在作空载投入之前,应对二次接线进行检查,并确保正确无误。空载投入试验应在变压器的大电源侧和低压侧进行,这是因为系统阻抗及变压器饿漏抗能起限制励磁涌流的作用,而大电源侧系统阻抗小,且一般变压器低压绕组绕在里面,漏抗较小,故在大电源和低压侧投入时涌流较大。在试验中,保护装置一次也不应动作,否则应增大继电器的动作电流。 10、在拆动二次线时,应采取哪些措施? 拆动二次线时,必须做好记录;恢复时应记在记录本上注销。二次线改动较多时,应在每个线头上栓牌。拆动或敷设二次电缆时,应还在电缆的首末端及其沿线的转弯处和交叉元件处栓牌。 11、瓦斯保护的反事故措施要求是什么? (1)将瓦斯继电器的下浮筒改挡板式,接点改为立式,以提高重瓦斯动作的可靠性; (2)为防止瓦斯继电器因漏水短路,应在其端部和电缆引线端子箱内的端子上采取防雨措施; (3)瓦斯继电器引出线应采用防油线; (4)继电器的引出线和电缆线应分别连接在电缆引线端子箱内的端子上。 12、变压器保护装设的一般原则是什么? (1)防御变压器铁壳内部短路和油面降低的瓦斯保护; (2)防御变压器线圈及引出线的相间短路,大接地电流电网侧线圈引出侧的接地短路以及线圈匝间短路的纵联差动保护或电流速断保护; (3)防御变压器外部的相间短路并作瓦斯保护和纵联差动保护后备的过电流保护(或者复合电压启动的过电流保护、或负序电流保护); (4)防御大接地电流电网中外部接地短路的零序电流保护; (5)防御对称过负荷的过负荷保护。 13、距离保护的起动元件有什么作用? (1)短路故障时,迅速起动保护装置; (2)起动振荡闭锁装置,或兼作第III段的测量元件; (3)进行段别切换; (4)进行相别切换; (5)在晶体管保护中,如果直流逻辑部分发生故障,闭锁整套保护。 14、10千伏输电线路一般装设什么保护? (1)相间短路保护:单电源线路一般装设两段式过电流保护,即电流速断保护,定时限过电流保护;双电源线路一般装设带方向或不带方向的电流速度保护和过电流速断保护; (2)接地保护:一般装设无选择性绝缘监察保护、零序过电压保护、功率方向保护。 15、负反馈对放大器的工作性能的影响是什么? (1)降低放大倍数; (2)提高放大倍数的稳定性; (3)改进波形失真; (4)展宽通频带; (5)改变放大器的输入与输出电阻。 16、非正弦电流产生的原因是什么? 非正弦电流的产生,可以是电源,也可以是负载。通常有下列原因: (1)电路中有几个不同的正弦电动势同时作用,或交流与直流电动势共同作用; (2)电路中具有非正弦周期电动势; (3)电路中有非线性元件。 17、6~35kV电力系统中的避雷器接在相对地电压上,为什么避雷器要按额定线电压选择? 6~35kV系统是小接地短路电流系统,在正常情况下,避雷器处于相对地电压的作用下,但发生单相接地故障时,非故障相的对地电压就上升到线电压,而这种接地故障允许段时间内存在,此时避雷器不应动作。所以,避雷器的额定电压必须选用系统的额定线电压而不是额定相电压。 18、保护装置符合哪些条件可评定为是三类设备? 三类设备的保护装置或是配备不全,或技术性能不良,因而影响系统安全运行。如果,主要保护装置有下列情况之一时,亦评为三类设备: (1)保护未满足系统要求,在故障时能引起系统振荡,瓦解事故或严重损坏主要点设备者; (2)未满足反事故措施要求; (3)供运行人员操作的连接片、把手、按钮等设有标志; (4)图纸不全,且不符合实际; (5)故障录波器不能完好录波或未投入运行。 19、在对继电器试验时,如何掌握试验环境条件? 试验环境条件要求包括温度、相对湿度、和气压三个方面。这些条件不仅影响被试继电器的基本性能,而且对测试仪器设备工作 状态也有影响。对试验环境条件要求如下: (1)温度:15~35度; (2)湿度:45~75%; (3)气压:660~780mmHg; 20、在选择试验仪表时,要掌握哪些原则? (1)根据被测量对象选择仪表的类型。首先根据被测继电器是直流还是交流,选用直流仪表或交流仪表; (2)根据试验线路和被测继电器线圈阻抗的大小选择仪表的内阻; (3)根据被测的大小选用适当的仪表; (4)根据使用的场所及工作条件选择仪表。 21、新安装的保护装置竣工后,其主要验收项目有哪些? 验收项目如下: (1)电气设备及线路有关实测参数完整、正确; (2)全部保护装置竣工图纸符合实际; (3)检验定值符合整定通知单的要求; (4)检验项目及结果符合检验检验条例和有关规程的规定; (5)核对电流互感器变比及伏安特性,其二次负载满足误差要求; (6)检查屏前、屏后的设备整齐,完好,回路绝缘良好,标志齐全正确; (7)用一次负荷电流和工作电压进行验收试验,判断互感器极性,变比及其回路的正确性,判断方向,差动,距离,高频等保护装置有关元件及接线的正确性。 22、在正常运行怎样检验大接地电流系统零序方向保护的零序电压回路? 为保证零序方向保护正确动作,应对零序方向保护的零序电压回路进行完整性检查。其方法是利用由电压互感器开口三角形接线的二次绕组中引出的试验小母线对供各套零序方向保护的电压小母线YMN测量电压均为100V,即为正常。 23、在小接地电流系统辐射形电网中发生单相接地故障时,故障线路与非故障线路的电流有何不同? 故障线路送端测得零序电容电流,等于其他线路零序电容电流之和,且流向母线。非故障线路送端测得零序电流即为本线路的非故障相对地电容电流,且流出母线。 24、在大接地电流系统中,为什么相间保护动作的时限比零序保护的动作时限长? 保护的动作时限一般是按阶梯性原则整定的。相间保护的动作时限,是由用户到电源方向每级保护递增一个时限级差构成的,而零序保护则由于降压变压器大都是Y/ 接线,当低压侧接地短路时,高压侧无零序电流,其动作时限不需要与变压器低压用户相配合。所以零序保护的动作时限比相间保护的短。 25、什么是电力系统振荡?引起振荡的原因一般有哪些? 并列运行的两个系统或发电厂失去同步的现象称为振荡。引起振荡的原因较多,大多数是由于切除故障时间过长而引起系统动态稳定的破坏,在联系薄弱的系统中也可能由于误操作,发电机失磁或故障跳闸、断工某一线路或设备而造成振荡。 26、调制器应满足哪几项要求? (1)当输入直流信号Ui=0时,输出信号U0=0; (2)输出交流信号的幅值,应比例于直流信号的大小; (3)当直流信号Ui的极性改变时,输出交流信号的相位也随之改变。 27、35kV中性点不接地电网中,线路相间短路保护配置的原则是什么? 相间短路保护配置的原则是: (1)当采用两相式电流保护时,电流互感器应安装在各出现同名两相上(例如A,C相); (2)保护装置保护装置应采用远后备方式; (3)如线路短路会使发电厂厂用母线、主要电源的联络点母线或重要用户母线的电压低于额定电压的50%~60%时应快速切除故障。 28、在高压电网中,高频保护的作用是什么? 高频保护作用在远距离高压输电线路上,对被保护线路任一点各类故障均能瞬时由两侧切除,从而能提高电力系统运行的稳定性和重合闸的成功率。 29、大接地电流系统中,为什么相间保护动作的时限比零序保护的动作时限长? 保护的动作时限一般是按阶梯性原则整定的。相间保护的动作时限是由用户到电源方向每级保护递增一个时限差构成的,而零序保护则由于降压变压器大都是Y,d11接线,当低压侧接地短路时,高压侧无零序电流,其动作时限不需要与变压器低压用户配合。所以零序保护的动作时限比相间保护的短。 30、对运算放大器的基本要求是什么? (1)输入端外接阻抗与反馈电路阻抗数值应精确、稳定; (2)开环电压放大倍数应足够大; (3)开环输入电阻r i 要足够大; (4)开环输出电阻要小; (5)零点漂移和噪声要小。 31、什么是放大器输出电阻? 在放大器输出端,可以把放大器看作具有一定内阻的信号源,这个内阻就是输出电阻。 32、使用叠加原理计算线性电路应注意哪项事项? 应用叠加原理可以分别计算各个电压源和电流源单独作用下各支路的电压和电流,然后叠加原理加起来,在应用叠加原理时应注意: (1)该原理只能用来计算线性电流和电压,对非线性电路不适用; (2)进行叠加时要注意电流和电压的方向,叠加时取代数和; (3)电路连接方式及电路中的各电阻的大小都不能变动。电流源作用时,电压源短路,电压源作用时,电流源开路; (4)叠加原理只适用于对电压和电流的叠加,而功率不能用叠加原理来计算。 33、水轮发电机为什么要设置过电压保护? 由于水轮机调速系统调节缓慢,在事故甩负荷后,容易出现不饮许的过电压,所以规定要设置过电压保护。 34、什么叫发电机低励及发电机失磁? 低励是表示发电机励磁电流低于静稳定极限所对应的励磁电流。失磁是指发电机失去励磁电流。 35、为什么发电机要装设负荷电压其动的过电流保护?为什么这种保护要使用发电机中性点处的电流互感器? 这是为了作为发电机差动保护或下一个元件的后备保护而设置的,当出现下列两故障时起作用: (1)当外部短路,故障元件的保护装置或继电器拒绝动作时; (2)在发电机差动保护范围内故障而差动保护拒绝动作时。 36、变压器复合电压起动过电流保护的负序电压定值一般按什么原则整定的?为什么? 系统正常运行时,三相电压基本上是正序分量,负序分量很小,故负序电压元件的定值按正常运行时负序电压滤过器的输出不平衡电压整定,一般去6~12V(二次电压值) 37、为什么有些大容量的变压器及系统联络变压器用负序电流和单相式低压起动的过电流保护作为后备保护? 因为这种保护具有如下优点: (1)在发生不对称短路时,其灵敏度高; (2)在变压器后发生不对称短路时,其灵敏度与变压器的接线方式无关。 38、中间继电器在继电保护中其何作用? (1)保护装置中的测量元件的触点一般很小,数量也少,通过中间继电器可增加触点容量和数量; (2)当线路上装有管型避雷器时,利用中间继电器可取得保护装置动作的延时,以防避雷器放电时引起的速动保护误动作; (3)满足保护逻辑回路的需要。 39、电磁型电流继电器与电压继电器工作条件有什么区别? 电压继电器一般接于电压互感器二次侧,与电流互感器相比较,由于电压高,所以继电器线圈匝数多、导线细、阻抗大,且线圈的电抗增大,以至电流减小;另一方面使磁路磁抗减小,而电流的减小和阻抗的减小互相补偿,使继电器在动作过程中电磁力矩不变,失去继电特性。 40、为何说距离保护的保护区基本不受系统运行方变化的影响? 因为距离保护是利用线路的始端电压与电流的比值作为判据构成保护,由于短路阻抗只随短路点距线路始端的远近而变化,故保护的保护区基本不受系统的运行方式变化的影响。 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:2021-02-23 关键词: 电气二次回路 电源设计

  • 【世说设计】电源中的分压器知多少

    在电源设计中,可以手动设置所需的输出电压。在大多数集成电源电路以及开关和线性稳压器IC中,这可以通过分压器来实现。为了能够设置所需的输出电压,两个电阻的阻值比必须合适。 图1所示为一个分压器。 图1. 电压调节器中的分压器用于调节输出电压。 内部基准电压(VREF)和所需的输出电压决定了电阻的阻值比,参见公式1: 基准电压VREF由开关稳压器或线性稳压器IC定义,通常为1.2V、0.8V或0.6V。该电压代表输出电压(VOUT)可设置的最低电压值。在已知基准电压和输出电压的情况下,等式中还有两个未知数:R1和R2。现在可以相对自由地选择两个电阻值中的其中一个,通常阻值小于100kΩ。 如果电阻值太小,则工作期间因恒定流过的电流VOUT/(R1+R2) 引起的功耗极高。如果R1和R2的值均为1kΩ,那么输出电压为 2.4V时流过的连续漏电流将为1.2mA。这相当于仅分压器就产生2.88mW的功耗。 根据输出电压需要设置的精准度和FB引脚处的电源误差放大器的电流大小,可以通过考虑该电流更精确地利用公式1。 但是,电阻值也不应该太大。如果电阻值均为1MΩ,则功耗仅为2.88μW。电阻值设得太大的一个主要缺点是它会导致非常高的反馈节点阻抗。流入反馈节点的电流可能会非常低,具体取决于电压调节器。因此,噪声会耦合到反馈节点并直接影响电源的控制回路。这会中止输出电压的调节并导致控制回路不稳定。特别是在开关稳压器中,这种特性十分关键,因为电流的快速开关会引起噪声,并耦合到反馈节点。 R1+R2的有效电阻值介于50kΩ和500kΩ之间,具体取决于其它电路段的预期噪声、输出电压值以及减小功耗的需求。 另一个重要方面是分压器在电路板布局中的位置。反馈节点应设计得尽可能小,以便使耦合到这个高阻抗节点的噪声极低。电阻R1和R2也应非常靠近电源IC的反馈引脚。R1和负载之间的连接通常不是高阻抗节点,因此可以设计采用较长的走线。图2所示为将电阻靠近反馈节点放置的一个示例。 图2. 电源中配置恰当的分压器示例。 为了降低分压器的功耗,特别是在超低功耗应用(如能量收集)中,某些IC(如ADP5301 降压稳压器)配备了输出电压设置功能,仅在启动期间检查一次其VID引脚上的可变电阻值。然后将这个值存下来用于后续工作,而没有电流持续流过分压器。这是针对高效应用的非常明智的解决方案。 图3. 调节输出电压而不会在分压器中产生连续功耗。 低功耗降压调节器ADP5301,具有业界领先的超轻负载电源转换效率,可延长便携式设备的电池寿命。降压调节器ADP5301额定效率为90%,静态电流仅为180 nA,相比以前的器件能在更长时间内提供最大功率,非常适合物联网(IoT)应用,包括无线传感器网络和可穿戴设备,比如健身手环和智能手表。 ADP5301 输入启动电压范围:2.15 V至6.50 V 工作电压低至2.00 V 超低静态电流:180 nA(无负载) 可选输出电压:1.2 V至3.6V或0.8V至5.0V 输出精度:±1.5%(PWM模式下的整个温度范围内) 可选迟滞模式或PWM工作模式 输出电流 迟滞模式下,电流最高达50 mA PWM模式下,电流最高达500 mA VOUTOK标志用于监控输出电压 100%占空比工作模式 2 MHz开关频率,可选同步输入范围为1.5 MHz至2.5 MHz QOD选项 UVLO、OCP和TSD保护 9引脚、1.65 mm × 1.87 mm WLCSP封装 结温范围:-40°C至+125°C 原文转自亚德诺半导体 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:2021-02-03 关键词: 电源 分压器 电源设计

  • 电源会产生EMI,根源是什么?

    有限且不断缩小的电路板空间、紧张的设计周期 以及严格的电磁干扰(EMI)规范(例 如CISPR 32和CISPR 25)这些限制因素,都导致获得具有高效率和良好热性 能电源的难度很大 。在整个设计周期中,电源设计通常基本处于设计过程的最后阶段,设计人员需要努力将复杂的电源挤进更紧凑的空间,这使问题变得更加复杂,非常令人沮丧。为了按时完成设计,只能在性能方面做些让步,把问题丢给测试和验证环节去处理。简单、高性能和解决方案尺寸三个考虑因素通常相互冲突:只能优先考虑一两个,而放弃第三个,尤其当设计期限临近时。牺牲一些性能变得司空见惯;其实不应该是这样的。 本文首先概述了在复杂的电子系统中电源带来的严重问题:即EMI,通常简称为噪声。电源会产生EMI,必须加以解决,那么问题的根源是什么?通常有何缓解措施?本文介绍减少EMI的策略,提出了一种解决方案,能够减少EMI、保持效率,并将电源放入有限的解决方案空间中。 1 什么是EMI? 电磁干扰是会干扰系统性能的电磁信号。这种干扰通过电磁感应、静电耦合或传导来影响电路。它对汽车、医疗以及测试与测量设备制造商来说,是一项关键设计挑战。上面提到的许多限制和不断提高的电源性能要求(功率密度增加、开关频率更高以及电流更大)只会扩大EMI的影响,因此亟需解决方案来减少EMI。许多行业都要求必须满足EMI标准,如果在设计初期不加以考虑,则会严重影响产品的上市时间。 2 EMI耦合类型 EMI是电子系统中的干扰源与接收器(即电子系统中的一些元件)耦合时所产生的问题。EMI按其耦合介质可归类为:传导或辐射。 传导EMI(低频,450 kHz至30 MHz) 传导EMI通过寄生阻抗以及电源和接地连接以传导方式耦合到元件。噪声通过传导传输到另一个器件或电路。传导EMI可以进一步分为共模噪声和差模噪声。 共模噪声通过寄生电容和高dV/dt (C × dV/dt)进行传导。它通过寄生电容沿着任意信号(正或负)到GND的路径传输,如图1所示。 DifferenTIal-mode noise is conducted via parasiTIc inductance (magneTIc coupling) and a high di/dt (L × di/dt)。 差模噪声通过寄生电感(磁耦合)和高di/dt (L × di/dt)进行传导。 图1.差模和共模噪声。 辐射EMI(高频,30 MHz 至1 GHz) 辐射EMI是通过磁场能量以无线方式传输到待测器件的噪声。在开关电源中,该噪声是高di/dt与寄生电感耦合的结果。辐射噪声会影响邻近的器件。 3 EMI控制技术 解决电源中EMI相关问题的典型方法是什么?首先,确定EMI就是一个问题。这看似很显而易见,但是确定其具体情况可能非常耗时,因为它需要使用EMI测试室(并非随处都有),以便对电源产生的电磁能量进行量化,并确定该电磁能量是否符合系统的EMI标准要求。 假设经过测试,电源会带来EMI问题,那么设计人员将面临通过多种传统的校正策略来减少EMI的过程,其中包括: 在尽可能小的电路板空间中实现高效率。 良好的热性能。 布局优化:精心的电源布局与选择合适的电源组件同样重要。成功的布局很大程度上取决于电源设计人员的经验水平。布局优化本质上是个迭代过程,经验丰富的电源设计人员有助于最大限度地减少迭代次数,从而避免耽误时间和产生额外的设计成本。问题是:内部人员往往不具备这些经验。 缓冲器:一些设计人员会提前规划并为简单的缓冲器电路(从开关节点到GND的简单RC滤波器)提供占位面积。这样可以抑制开关节点的振铃现象(一项产生EMI的因素),但是这种技术会导致损耗增加,从而对效率产生负面影响。 降低边沿速率:减少开关节点的振铃也可以通过降低栅极导通的压摆率来实现。不幸的是,与缓冲器类似,这会对整个系统的效率产生负面影响。 展频(SSFM):许多ADI公司的Power by Linear™开关稳压器都提供该特性,它有助于产品设计通过严格的EMI测试标准。采用SSFM技术,在已知范围内(例如,编程频率fSW上下±10%的变化范围)对驱动开关频率的时钟进行调制。这有助于将峰值噪声能量分配到更宽的频率范围内。 滤波器和屏蔽:滤波器和屏蔽总是会占用大量的成本和空间。它们也使生产复杂化。 以上所有制约措施都可以减少噪声,但是它们也都存在缺陷。最大限度地减少电源设计中的噪声通常能够彻底解决问题,但却很难实现。ADI公司的Silent Switcher®和Silent Switcher 2稳压器在稳压器端实现了低噪声,从而无需额外的滤波、屏蔽或大量布局迭代。由于不必采用昂贵的反制措施,加快了产品上市时间并节省大量的成本。 最大限度地减小电流回路 为了减少EMI,必须确定电源电路中的热回路(高di/dt回路)并减少其影响。热回路如图2所示。在标准降压转换器的一个周期内,当M1关闭而M2打开时,交流电流沿着蓝色回路流动。在M1打开而M2关闭的关闭周期中,电流沿着绿色回路流动。产生最高EMI的回路并非完全直观可见,它既不是蓝色回路也不是绿色回路,而是传导全开关交流电流(从零切换到IPEAK,然后再切换回零)的紫色回路。该回路称为热回路,因为它的交流和EMI能量最大。 导致电磁噪声和开关振铃的是开关稳压器热回路中的高di/dt和寄生电感。要减少EMI并改进功能,需要尽量减少紫色回路的辐射效应。热回路的电磁辐射骚扰随其面积的增加而增加,因此,如果可能的话,将热回路的PC面积减小到零,并使用零阻抗理想电容可以解决该问题。 图2.降压转换器的热回路。 使用Silent Switcher稳压器实现低噪声磁场抵消 虽然不可能完全消除热回路区域,但是我们可以将热回路分成极性相反的两个回路。这可以有效地形成局部磁场,这些磁场在距IC任意位置都可以有效地相互抵消。这就是Silent Switcher稳压器背后的概念。 图3.Silent Switcher稳压器中的磁场抵消。 倒装芯片取代键合线 改善EMI的另一种方法是缩短热回路中的导线。这可以通过放弃将芯片连接至封装引脚的传统键合线方法来实现。在封装中倒装硅芯片,并添加铜柱。通过缩短内部FET到封装引脚和输入电容的距离,可以进一步缩小热回路的范围。 图4.LT8610键合线的拆解示意图。 图5.带有铜柱的倒装芯片。 Silent Switcher与Silent Switcher 2 图6.典型的Silent Switcher应用原理图及其在PCB上的外观。 图6显示了使用Silent Switcher稳压器的一个典型应用,可通过两个输入电压引脚上的对称输入电容来识别。布局在该方案中非常重要,因为Silent Switcher技术要求尽可能将这些输入电容对称布置,以便发挥场相互抵消的优势。否则,将丧失Silent Switcher技术的优势。当然,问题是如何确保在设计及整个生产过程中的正确布局。答案就是Silent Switcher 2稳压器。 Silent Switcher 2 Silent Switcher 2稳压器能够进一步减少EMI。通过将电容(VIN电容、INTVCC和升压电容)集成到LQFN封装中,消除了EMI性能对PCB布局的敏感性,从而可以放置到尽可能靠近引脚的位置。所有热回路和接地层都在内部,从而将EMI降至最低,并使解决方案的总占板面积更小。 图7.Silent Switcher应用与Silent Switcher 2应用框图。 图8.去封的LT8640S Silent Switcher 2稳压器。 Silent Switcher 2技术还可以改善热性能。LQFN倒装芯片封装上的多个大尺寸接地裸露焊盘有助于封装通过PCB散热。消除高电阻键合线还可以提高转换效率。在进行EMI性能测试时,LT8640S 能满足CISPR 25 Class 5峰值限制要求,并且具有较大的裕量。 µModule Silent Switcher稳压器 借助开发Silent Switcher产品组合所获得的知识和经验,并配合使用现有的广泛µModule®产品组合,使我们提供的电源产品易于设计,同时满足电源的某些重要指标要求,包括热性能、可靠性、精度、效率和良好的EMI性能。 图9所示的LTM8053集成了可实现磁场抵消的两个输入电容以及电源所需的其他一些无源组件。所有这些都通过一个 6.25 mm × 9 mm × 3.32 mm BGA封装实现,让客户可以专心完成电路板的其他部分设计。 图9.LTM8053 Silent Switcher裸露芯片及EMI结果。 无需LDO稳压器——电源案例研究 典型的高速ADC需要许多电压轨,其中一些电压轨噪声必须非常低才能实现ADC数据表中的最高性能。为了在高效率、小尺寸板空间和低噪声之间达成平衡,普遍接受的解决方案是将开关电源与LDO后置稳压器结合使用,如图10所示。开关稳压器能够以更高效率实现更高的降压比,但噪声相对也较大。低噪声LDO后置稳压器效率相对较低,但它可以抑制开关稳压器产生的大部分传导噪声。尽可能减小LDO后置稳压器的降压比有助于提高效率。这种组合能产生干净的电源,从而使ADC以最高性能运行。但问题在于多个稳压器会使布局更复杂,并且LDO后置稳压器在较高负载下可能会产生散热问题。 图10.为 AD9625 ADC供电的典型电源设计。 图10所示的设计显然需要进行一些权衡取舍。在这种情况下,低噪声是优先考虑事项,因此效率和电路板空间必须做些让步。但也许不必如此。最新一代的Silent Switcher µModule器件将低噪声开关稳压器设计与µModule封装相结合,能够同时实现易设计、高效率、小尺寸和低噪声的目标。这些稳压器不仅尽可能减少了电路板占用空间,而且实现了可扩展性,可使用一个µModule稳压器为多个电压轨供电,进一步节省了空间和时间。图11显示了使用LTM8065 Silent Switcher µModule稳压器为ADC供电的电源树替代方案。 图11.使用Silent Switcher µModule稳压器为AD9625供电,可节省空间的解决方案。 这些设计都已经过相互测试比较。ADI公司最近发表的一篇文章对使用图10和图11所示电源设计的ADC性能进行了测试和比较1。测试包括以下三种配置: 使用开关稳压器和LDO稳压器为ADC供电的标准配置。 使用LTM8065直接为ADC供电,不进行进一步的滤波。 使用LTM8065和额外的输出LC滤波器,进一步净化输出。 测得的SFDR和SNRFS结果表明,LTM8065可用于直接为ADC供电,并不会影响ADC的性能。 这个实施方案的核心优势是大大减少了元件数量,从而提高了效率,简化了生产并减少了电路板占位空间。 小结 总之,随着更多系统级设计需要满足更加严格的规范,尽可能充分利用模块化电源设计变得至关重要,尤其在电源设计专业经验有限的情况下。由于许多细分市场要求系统设计必须符合最新的EMI规范要求,因此将Silent Switcher技术运用于小尺寸设计,同时借助µModule稳压器简单易用的特性,可以大大缩短产品上市时间,同时还可以节省电路板空间。 Silent Switcher µModule稳压器的优势 节省PCB布局设计时间(无需重新设计电路板即可解决噪声问题)。 无需额外的EMI滤波器(节省元件和电路板空间成本)。 降低了内部电源专家进行电源噪声调试的需求。 在宽工作频率范围内提供高效率。 为噪声敏感型器件供电时,无需使用LDO后置稳压器。 缩短设计周期。 在尽可能小的电路板空间中实现高效率。 良好的热性能。 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:2021-02-01 关键词: EMI 电源设计

  • 电源布局中,竟然有这些不为人知的通用性规则

    在成功的电源设计中,电源布局是其中最重要的一个环节。但是,在如何做到这一点方面,每个人都有自己的观点和理由。事实是,很多不同的解决方案都是殊途同归;如果设计不是真的一团糟,多数电源都是可以正常工作的。 当然,这其中也有一些通用性规则,例如: 不要在快速切换信号中运行敏感信号。换言之,不要在开关节点下运行反馈跟踪。 确保功率载荷跟踪和接地层大小足以支持当前的电流。 尽量保持至少一个连续的接地层。 使用足够的通孔(通常以每个通孔1A开始),将接地层相连。 除了这些基本的布局规则,笔者通常首先会识别开关回路,然后确定哪些回路具有高频开关电流。图1所示为针对降压电源(原理图和布局)的简化功率级的一个示例。 图1 降压电源原理图和布局 降压电源中存在两种状态(假定连续传导模式):控制开关(Q1)接通时和控制开关断开时。当控制开关接通时,电流从输入流至电感器。当控制开关断开时,电流继续在电感器流动并流经二极管(D1)。电流连续输出。 但是存在输入脉冲电流,这是在布局中需要关注的部分。在图1中,此回路被标记为“高频回路”,并以蓝色显示。布局的首要目标是将Q1、D1和输入电容与最短、最低电感回路连接。该回路越小,开关产生的噪声便越低。如果忽略这一点,电源将不能有效工作。 识别开关回路的规程适用于所有的电源拓扑结构。规程的各个步骤分别是: 在接通状态确定电流通路。 在断开状态确定电流通路。 找到连续电流的位置。 找到断续电流的位置。 尽量减少断续电流环路。 下面列出了给定功率级配置的关键回路: 降压——输入电容回路。 升压——输出电容回路。 反相降压 -升压——输入和输出电容回路。 反激——输入和输出电容回路。 Fly-Buck——输入电容回路。 SEPIC——输出电容回路。 Zeta——输入电容回路。 正激、半桥、全桥——输入电容循环。 电源布局正如一种艺术形式一般,每个人都有自己的方式,而且很多时候也会起效。需要确保的一点是,在确定功率级的零件位置时,首先确定高频开关回路;这样便可为自己节约时间、免除烦恼。 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:2021-01-12 关键词: 开关回路 电源设计

  • 技术老兵:谈几个电容最经典问题

    电容器(capacitor)在音响组件中被广泛运用,滤波、反交连、高频补偿、直流回授…随处可见。但若依功能及制造材料、制造方法细分,那可不是一朝一夕能说得明白。所以缩小范围,本文只谈电解电容,而且只谈电源平滑滤波用的铝质电解电容。   每台音响机器都要吃电源─除了被动式前级,既然需要供电,那就少不了「滤波」这个动作。不要和我争,采用电池供电当然无必要电源平滑滤波。但电池充电电路也有整流及滤波,故滤波电容器还是会存在。   我们现在习用的滤波电容,正式的名称应是:铝箔干式电解电容器。就我的观察,除加拿大 SonicFrontiers真空管前级,曾在高压稳压线路中选用 PP 塑料电容做滤波外,其它机种一概都是采用铝箔干式电解电容;因此网友有必要对它多做了解。   面对电源稳压线路中担任电源平滑滤波的电容器,你首先想到的会是什么?─容量?耐压?电容器的封装外皮上一定有容量标示,那是指静电容量;也一定有耐压标示,那是指工作电压或额定电压。   工作电压(workingvoltage)简称 WV,为绝对安全值;若是 surgevoltage(简称 SV 或 Vs),就是涌浪电压或崩溃电压;,超过这个电压值就保证此电容会被浪淹死─小心电容会爆!根据国际IEC384—4规定,低于315V时,Vs=1.15×Vr,高于315V 时,Vs=1.1×Vr。Vs 是涌浪电压,Vr 是额定电压(ratedvoltage)。   电容器的电荷能量是以 Q=CV 来表示,Q 是库伦,C 是静电容量,V 是电压;故当电压值不变时,加大静电容量就能增高电荷能量。请注意,电容器的容量单位应是F(farad),可是因计量太高造成数值偏低,故多改用μF,1F=一百万μF。国外也有用mF 表示μF,其实 mF 不十分贴切,但机械式打字机上没有μ键,故用m 代表 micro。   有了静电容量及工作耐压两个参数,若你正在选购电容,接下来你会考虑什么?直觉上是价钱。嗯,这个参数很重要,而且数值愈低愈佳。也有人先想到品牌,并坚持日本货打死不用─还存着八年抗战情结?美国货也仅能排第二,瑞典或德国制造的才能排第一。嗯,这个参数也很重要。但既然谈到品牌,那就不能忽略系列型号;因为一个制造厂会生产许多不同系列的产品,系列不同,品质及价格就会不同。OK,我们先整理一下,有关电源平滑滤波电容器的参数已知有:静电容量、额定工作电压、涌浪崩溃电压、价格、品牌、型号系列。   不应该只有小猫两三只,外型尺寸也应该很重要,因为与它相关的有重量及接脚型态,snap—in 是插焊 PC 板式,screw 是锁螺丝式。至于重量,同容量同耐压,但品牌不同的两个电容做比较,重量一定不同;而外型尺寸更与机箱规划有关。有些电容不是全圆型,有点像是多角型,Philips、BHC 都有这种看起来似乎很高级的系列。现在我们再整理一下,加上重量、外型尺寸、接脚型态─已有九个参数。   外皮颜色?这是谁提出来的?很妙。因白色、黑色、蓝色塑胶封装都有厂商在用,它有时也具有某些意义,例如日规黑底金字常代表高级foraudio 音响级电容。仅凭外观还能想到哪些?制造日期,9627就是1996年第27周出厂;近年来日制电容似乎逐渐有意省略制造日期的标示。但外皮颜色及文字印刷不直接与品质有关,故仅加上制造日期参数。还有,别忘了适用工作温度,因为105度 C 比85度 C 更适用于真空管机。若机器要摆在南极,最好选耐负55度 C 的品种。   容量误差也别遗漏,当采多颗并联,为求得单只特性均匀,误差当然是愈低愈佳。现在再加上工作温度及容量误差,咱们手上已有12个参数,对电容器应有三成以上了解。   请别会错意,电容的工作温度不是指环境或表面温度─不管几度,封装塑胶外皮都是一样,它是指铝箔工作温度,所以装管机选用85度 C 品种也绝对 OK,只要将电容器远离管仔就一定安全。   可是真正有关电容器品质的几个重要参数,却都只存在原厂规格书中,完全不会显露在成品封装外皮上,而这些重要参数才是本文谈论的重点。   散逸因数─损失角 散逸因数 dissipationfactor(DF)存在于所有电容器中,有时 DF 值会以损失角 tanδ表示。想想,损失角,既有损失,当然愈低愈好。塑料电容的损失角很低,但铝电解电容就相当高。DF 值是高还是低,就同一品牌、同一系列的电容器来说,与温度、容量、电压、频率……都有关系;当容量相同时,耐压愈高的 DF 值就愈低。举实例做说明,同厂牌同系列的10000μF 电容,耐压80V 的 DF 值一定比耐压63V 的低。所本刊选用滤波电容常会找较高耐压者,不是没有道理。此外温度愈高 DF 值愈高,频率愈高DF 值也会愈高。   但许多电容器制造厂,在规格书上常不注明散逸因数 DF 值,因为数值甚高很难看。以瑞典RIFA 为例,其蓝色 PHE—420系列是 MKP 塑料电容,它的 DF值最低是0.00005/最高是0.0008。但白色顶级PEH169系列铝质电解电容,就未标示损失角规格。若真注明 DF 值,可能会是1.0000,小数点是在1的后面。 漏…漏电流 哇!漏电!最好没有。可是没办法,铝电解电容在工作时一定会产生漏电流。   漏电流(leakagecurrent)当然要低,它的计算公式大致是:I=K×CV。漏电流 I 的单位是μA,K 是常数,例如是0.01或0.03,每家制造厂会选择不同的常数。但不论如何,电容器容量愈高,漏电流就愈大。如果你有容量愈大平滑效果愈好的想法,这个「漏电流」也请考虑在内。从计算式可得知额定电压愈高,漏电流也愈大,因此降低工作电压亦可降低漏电流。   但降低电容器的漏电流并不容易,低漏电流 lowleakagecurrent—LL 系列价格高昂,我曾向国内厂商订制一批低漏电流 LL 系列电容,价格比许多进口电容还贵。漏电流规格,铝电解电容就比钽电解电容差许多,钽质电容也有干式及湿式两种,不过它的容量及耐压都较低。   除特别定制外,面对一般品,想要降低它的漏电流可设法提高 Vs 对 Vr 的比值。Vs 是涌浪电压,其值当然比 Vr 额定电压高,但施加电压(真正的工作电压)还应该比 Vr 低,例如取 Vr 的90%;找高耐压品种可说是完全正确。 等效串联电阻 ESR 一只电容器会因其构造而产生各种阻抗、感抗,比较重要的就是 ESR 等效串联电阻及ESL 等效串联电感─这就是容抗的基础。电容器提供电容量,要电阻干嘛?故 ESR及 ESL 也要求低…低;但 lowESR/lowESL 通常都是高级系列。   ESR 的高低,与电容器的容量、电压、频率及温度…都有关,当额定电压固定时,容量愈大ESR 愈低。有人习用将多颗小电容并接成一颗大电容以降低阻抗,其理论是电阻并联阻值降低。但若考虑电容接脚焊点的阻抗,以小并大,不见得一定会有收获。   反过来说,当容量固定时,选用高 WV 额定电压的品种也能降低 ESR;故耐压高确实好处多多。频率的影响:低频时 ESR 高,高频时 ESR 低;当然,高温也会造成 ESR 的提升。   串联等效电阻 ESR 的单位是 mΩ,高级系列电容常是lowESR 及 lowESL。若比较低内阻及低漏电流两种特性,则低内阻容易达成,故标示lowESR 的电容倒很常见。ESR 与损失角有关联,ESR=tanδ/(ω×Cs),Cs 是电容量。   有时电容器规格上会有 Z,它与 ESR的意义不同,但 Z 的计算示与 ESR 有关,同时也考虑到容抗及感抗,是真正的内阻。刚才提到电容的ESR 单位是 mΩ,那是指大电容,若是220μF 小容量电容,其 ESR 单位就不是mΩ而是Ω。何种电容器的 ESR 最低?答案只有一个:Sanyo 的 OS 有机半导体电容! 涟波电流 Irac 前面谈到的散逸因数 DF—损失角 tanδ、漏电流、ESR—串联等效电阻…等,其值都是愈低愈好,但现在要提的涟波电流 ripplecurrent却是愈高愈好。特别是现在都特别讲究后级扩大机要有大电流输出,电源平滑滤波电容器的涟波电流 Irac(或Iac)就显得格外突出。   涟波电流 Irac 的标示至少应有低频及高频工作时两种规格数字,低频大约是以120Hz 做标准,高频大概是以10KHz 做标准,但不同制造厂商可能会有略微的差别。   涟波电流与频率刚好成正比,因此低频时涟波电流也比较低。可是对我们音响迷来说,低频段的 Irac值才是重要。所以在采购电容器时,涟波电流数字高低是极为重要的依据。在一般状况下,同品牌时,锁螺丝式电容的涟波电流通常比 snap—in 插 PC 板式来得高。   曾经有一种说法:RIFA 的10000μF 相当于其它厂牌15000μF,因为大部份日制电容的涟波电流都不高,而RIFA 又特别高,故好像可以一个当两个用。德国 Siemens、英国BHC 电容,在 Irac 这项特性上也常优于日制品。就笔者所知,Irac 最大的电容,是 SiemensSIKOREL 系列电容为最高,6800μF/63V 就高达20A!若是小容量电容,Irac 最大的是 SanyoOS 电容。   就后级扩大机的动作来说,很多人会认定低频时吃电流。有个方法可以试:以电表直流电压—DCV最低档量任一只射极电阻压降,最好是指针电表,播放唱片,将前级音量转大,注意电表指针的摆动,你就会发现低频固然会吃电流,四把吉它连弹也会猛吃电流!什么音乐最适合run—in 后级扩大机?Holst的《行星组曲》第一曲 MARS。   现在你应该已经明了六成以上,或许你想问:有没有体型不大,漏电低、ESR 低、tanδ低、误差低、价格低,但涟波电流高、适用温度范围高的铝电解电容?嗯…,没有!   关于容量误差,近年来铝质电解电容颇有进步,以往是—20%~+40%,现在大多是+/—20%。但其容量常偏+而不是偏—,故10000μF 测量起来有可能会接近12000μF。   精确量取大容量电容器的静电容量,是我多年来一直想做的事。不要怀疑,这种测试仪器很难买到,美国曾制造过,可量至99999μF,并能同时显示 DF 值及ESR 值;而且电容量是100Hz、1KHz、10KHz 三段(不是两段)频率测试的平均值。这种仪器国内市场曾出现过,小卖新台币十万元─只差漏电流的测试。   额定工作电压的安全度,在我的标准是:至少理让15%。例如某电容的额定电压是50V,虽然涌浪电压可能高至63V,但我最高只会施加42V 电压。让电容器的额定电压具有较多的余裕,能降低内阻、降低漏电流、降低损失角、增加寿命,一举数得何乐不为?以前曾看过日制扩大机,±48V 工作电压配上10000μF/50V滤波电容;短时间内当然不会烧坏,但时日长久,寿命有可能降低,那就得更换新品或另购新机。所以日制品常有「时间到了,该走了」的宿命,你也不能指责它是偷工减料,毕竟做生意总要图利,若一辈子只能卖你一次,如何赚钱? 容量愈高哼声愈低? 自己装,最讨厌的就是哼声除不掉。有人将滤波电容加大,哼声就没了。我是不十分相信,因扩大机的哼声常是因地回路不当引起,来自电容器微乎其微。但是理论上,容量愈高,电源平滑效果也就愈佳,所以大容量的做法,是许多设计者及DIY 迷亦深信不疑。   因此不少后级扩大机,特别是美国产品 Krell、MarkLevinson,最爱采用大水塘─大电容;丹麦的 Dynaudio,连前级扩大机都用到十数万μF 之容量。至于 AC&DC 交直流,也比较倾向于「大容量」派,但尚适可而止。   可是也有不少名厂走低容量路子,例如美国 Amcron 有台250W×2专业后级扩大机,两声道合计500W,只用了2只8200μF 小滤波电容器(好像是小了点)。瑞士Goldmund 算是 Hi—End 品牌,产品送到各杂志社试听,没有一个评论员胆敢说它坏,它的大后级就是采用小电容。瑞士 FMAcoustics 更是贵到毙,一台立体声后级后级可换一部 Benz 车。它的220W×2专业后级,号称数十 A 电流输出,本人亲眼得见,全机只使用2只10000μF/100V 滤波电容。   大容量滤波与低容量滤波两种理论基本上是对立的,但却同时存在于音响圈。以低容量论点设计扩大机,也可以完全没有哼声,而且低频表现也不比「大水塘」机差。重点是什么?Irac 涟波电流。如果你如今还是满脑子的大容量,那你还不了解电解电容!   给大家一个建议:组装后级若采用低容量滤波电容时,千万要配用高功率电源变压器。也就是「瘦了电容器、肥了变压器」,这可能就是扩大机好声的秘绝。以这几年详细之观察,后级扩大机若要好声,采用大功率电源变压器比采用大容量滤波电容有效多了。 一颗大的?多颗小的?   OK,有人放心不下,滤波电容坚持要大μF─那是找一个大的,还是用十来个小的并接?又有人说用小颗并,不但内阻可以降低,反应速度也会也快,透明度及分辨率都比较好。   MarkLevinson 及 Krell的后级不是以小并大,但有谁认为它反应速度慢、不透明有雾?面对此问题,我自己都长期陷入迷阵中。就机箱规划来说,用多颗小电容并联似乎比较理想,而且进货量大价格也便宜,甚至前级、后级、综合机,都可采用同一种电容。   进口机与国产机的命运有些不同,当消费者面对数十万元进口机采用多颗小电容时,他会自我解释:这个很有道理;但面对国产品时,他可能会有另一套恶毒的说法:偷工减料!   就音质表现,大水塘 or 小水塘、一颗大的 or 多颗小的,应该没有绝对关系。邓小平说得好:管它黑猫、白猫,会捉老鼠的就是好猫。   制造厂牌也关乎品质特性,前述有人终其一生不用日制品。美国原本有两大电容器品牌 Mallory及 Sprague,现在 Sprague 已成绝响,因为它被日本NipponChemi—con 收购,且公司名称注册 UnitedChemi—Con/简称 UCC。但只要是仍在美国制造,外皮印有madeinUSA,商标更改与制造品质应无关联。   不过外界已有耳语:UCC 比 Sprague差,可能性如何?日本商社一旦接手,行销政策自然会大幅改变,为了提高出货量必得降低售价;但假格下滑也会导致品质下滑。询问本地代理商瑞普公司,UCC 电容销售量比 Sprague 低,显示国内厂商有排斥 UCC 的反映。若比较 UCC 及 Sprague的规格特性,果然是一付 Japanese 样─体型大为缩水,原本40mm×80mm 的改成40mm×50mm,价格可能较低廉,但 ESR 增加、Irac 减小─怎不令人掷笔三叹?   你对日制品有疑虑?没办法,非但美国如此,德国也需要日本资金进入来个德日合作,Siemens就和松下 Matsusita 共同生产 S+M 电容器。这是未来趋势,几乎不可避免。RIFA 也早就被 EVOX 吃下,EVOX是大集团,到处设厂,本刊 SigEnd 单端前级有用到1μF 电容,就是 EVOX 品牌,虽然自美国进口,但一付台制品模样。 储存及工作寿命 比起电阻、IC、电晶体、塑料电容这些半永久性组件,铝电解电容的寿命就值得重视。一是储存年限,自然与寿命有关,10~20年应无问题。存放过久的电容不宜立刻使用,利用 powersupply 先将它 aging(活化);夹上端子,缓慢调整 powersupply 电压,由低至高,最高可调至此电容的额定电压。   工作寿命就很难说得明白,所谓长寿命 LL—longlife 电容,通常是表示涟波电流 Irac 稳定。前面曾谈到电容的Irac 与工作温度及频率都有关,例如同是10KHz,40度 C 时是15A,85度 C 时是9A;15A/9A=1.67。此数字就是电容的寿命因数(本人临时想出来的),数字愈高寿命愈低,数字愈接近1寿命愈长。   如果没记错,1.93表示10万小时,1.85表示20万小时,故1.67至少50万小时!但电容器的主要功用是充、放电特性,因此不宜经常快速充、放电。有两个方法可有效延长电容器寿命:一是减少开机、关机次数,二是设法降低开机时的瞬间充电电流─你听懂了吗?本刊也注意到此问题,故多年来都是这样做。   即令是如此,若问:到底是哪一种电容的音质较好?这也实在难以回答。基本上,不同品牌、系列的电容,它的声音表现自然也是不同。我个人不会「日制品打死不用」,只要处理得当,日制品也不输欧美货。多年前曾用过ELNA 高级 Cerafine 音响级电容,它的 ESR 虽然低,但 Irac 也不高,装在 amp。上,低频很厚实,但雾气较重,不够透明。可是并上 speed—up 小电容后,就豁然开朗。   故实际装配时,记得一定要在主滤波电容上加并 speed—up 小电容,此举「至少」会改善高频响应。数值是多少?最好是一大一小,大的1μF、小的0.1μF,MKP 是最低要求。   有时并上小电容会发现帮助不大,这可能是小电容未选对。RIFA 的电解及塑料电容,若想加并speed—up,奉劝你不要找 WIMA,建议各位试试 MIT 的 PPFX—S 锡箔或 RTX 系列0.1μF。写这篇文章的同时,也留意各杂志的广告,美国 Krell 及加拿大 Class'eAudio 的 Hi—End后级新机种竟然都采用日本 Nichicon 电容做主电源平滑滤波!但杂志评论员有谁敢说它差?!   前级扩大机吃不了数百 mA 电流,故滤波电容较易选择。高瓦数、高输出电流扩大机就很难伺候,此时滤波电容的Irac 特性就要考虑在内。   对于滤波用电解电容,有几点值得网友注意:一、大致上来说,日制品的 Irac 比欧美品低;二、低漏电流比低ESR 更重要;三、大滤波电容宜并接小电容;四、尽量选高耐压电容;五、最顶级的电容,容量及耐压都不高,故数百瓦的大power 通常声音粗糙,不是没有道理。   笔者不建议哪种电容最好,因为只要用得恰当,每种电容都可发出好声。至于刻意强调电容、电阻、焊锡、保险丝非 xxx 品牌不用的人,绝对是不懂线路结构的外行人!   关于铝质电解电容的构造 电容器依其组件构造大致可分成:一、卷绕型,二、积层型,三、电解型。而电解型又分铝质及钽质两类,铝质再分成液态电解质及固态电解质。若说液态电解质是铝箔湿式、固态电解质是铝箔干式,那就错了,因铝箔干式及铝箔湿式都是液态电解质电容。   铝质电解电容是以经过蚀刻的高纯度铝箔做为阳极,以其表面经阳极氧化处理之化成薄膜做为电介质,再以浸有电解液的薄纸或布做阴极。由于电解液是用吸浸式,故称铝箔干式电解电容。   何谓铝箔湿式?在电容器内直接加电解液─例如硼酸胺+乙二醇混合液,这种用手电容摇一摇还会发出流水声,瑞典RIFA 的 PEH169系列就是这种电容。   即使是欧洲名厂,做为阳极的铝箔也非自行生产,而是统一由某公司供应,就好像瑞士表厂甚多,但只有少数几家会做油心。大约10年前义大利某公司无**常供应阳极铝箔时,全球各名厂如 Mallory/RIFA/Sprague 或 Rubycon/Philips…就只得拖延交货脱时间,没原料怎么生产交货?至于吸浸电解液的纸,也绝非在一般文具店即可购得,最大供应商是在马来西亚。 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:2021-01-07 关键词: 电容器 电源设计

  • 电源布局中,竟然有这些不为人知的通用性规则……

    在成功的电源设计中,电源布局是其中最重要的一个环节。但是,在如何做到这一点方面,每个人都有自己的观点和理由。事实是,很多不同的解决方案都是殊途同归;如果设计不是真的一团糟,多数电源都是可以正常工作的。 当然,这其中也有一些通用性规则,例如: ● 不要在快速切换信号中运行敏感信号。换言之,不要在开关节点下运行反馈跟踪。 ● 确保功率载荷跟踪和接地层大小足以支持当前的电流。 ● 尽量保持至少一个连续的接地层。 ● 使用足够的通孔(通常以每个通孔1A开始),将接地层相连。 除了这些基本的布局规则,我通常首先会识别开关回路,然后确定哪些回路具有高频开关电流。图1所示为针对降压电源(原理图和布局)的简化功率级的一个示例。 图1:降压电源原理图和布局 降压电源中存在两种状态(假定连续传导模式):控制开关(Q1)接通时和控制开关断开时。当控制开关接通时,电流从输入流至电感器。当控制开关断开时,电流继续在电感器流动并流经二极管(D1)。电流连续输出。 但是存在输入脉冲电流,这是您在布局中需要关注的部分。在图1中,此回路被标记为“高频回路”,并以蓝色显示。您布局的首要目标是将Q1、D1和输入电容与最短、最低电感回路连接。该回路越小,开关产生的噪声便越低。如果忽略这一点,电源将不能有效工作。 识别开关回路的规程适用于所有的电源拓扑结构。规程的各个步骤分别是: ● 在接通状态确定电流通路。 ● 在断开状态确定电流通路。 ● 找到连续电流的位置。 ● 找到断续电流的位置。 ● 尽量减少断续电流环路。 此列表中列出了给定功率级配置的关键回路: ● 降压——输入电容回路。 ● 升压——输出电容回路。 ● 反相降压 -升压——输入和输出电容回路。 ● 反激——输入和输出电容回路。 ● Fly-Buck™——输入电容回路。 ● SEPIC——输出电容回路。 ● Zeta——输入电容回路。 ● 正激、半桥、全桥——输入电容循环。 电源布局正如一种艺术形式一般,每个人都有自己的方式,而且很多时候也会起效。需要确保的一点是,在您确定功率级的零件位置时,首先确定高频开关回路;这样您便可为自己节约时间、免除烦恼。 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:2020-12-30 关键词: 电流 电源设计

  • 电子系统越来越复杂,我们需要更灵活的电源管理解决方案~

    、GPS和其他基于手机的网络连接、多彩车灯以及无数的USB接口。工业计算机包含条形码读码器、大屏幕、硬盘驱动器和发光键盘。医疗电子设备包含传感器、多强度闪光灯、仪表和省电模式。 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:2020-12-27 关键词: 功率 电源设计

  • 变频器调试从这16个变频器参数设置开始

    变频器的设定参数较多,每个参数均有一定的选择范围,使用中常常遇到因个别参数设置不当,导致变频器不能正常工作的现象。因此,变频器调试是从正确设置变频器参数开始的。总结了16个基本变频器参数设置方法,供大家参考相关的参数进行正确的设定。 1、控制方式 即速度控制、转距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后,一般要根据控制精度进行静态或动态辨识。 2、最低运行频率 即电机运行的最小转速,电机在低转速下运行时,其散热性能很差,电机长时间运行在低转速下,会导致电机烧毁。而且低速时,其电缆中的电流也会增大,也会导致电缆发热。 3、最高运行频率 一般的变频器最大频率到60Hz,有的甚至到400Hz,高频率将使电机高速运转,这对普通电机来说,其轴承不能长时间的超额定转速运行,电机的转子是否能承受这样的离心力。 4、载波频率 载波频率设置的越高其高次谐波分量越大,这和电缆的长度,电机发热,电缆发热变频器发热等因素是密切相关的。 5、电机参数 变频器在参数中设定电机的功率、电流、电压、转速、最大频率,这些参数可以从电机铭牌中直接得到。 6、跳频 在某个频率点上,有可能会发生共振现象,特别在整个装置比较高时;在控制压缩机时,要避免压缩机的喘振点。7、加减速时间 加速时间就是输出频率从0上升到最大频率所需时间,减速时间是指从最大频率下降到0所需时间。通常用频率设定信号上升、下降来确定加减速时间。在电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过电流,减速时则限制下降率以防止过电压。加速时间设定要求:将加速电流限制在变频器过电流容量以下,不使过流失速而引起变频器跳闸;减速时间设定要点是:防止平滑电路电压过大,不使再生过压失速而使变频器跳闸。加减速时间可根据负载计算出来,但在调试中常采取按负载和经验先设定较长加减速时间,通过起、停电动机观察有无过电流、过电压报警;然后将加减速设定时间逐渐缩短,以运转中不发生报警为原则,重复操作几次,便可确定出最佳加减速时间。 8、转矩提升 又叫转矩补偿,是为补偿因电动机定子绕组电阻所引起的低速时转矩降低,而把低频率范围f/V增大的方法。设定为自动时,可使加速时的电压自动提升以补偿起动转矩,使电动机加速顺利进行。如采用手动补偿时,根据负载特性,尤其是负载的起动特性,通过试验可选出较佳曲线。对于变转矩负载,如选择不当会出现低速时的输出电压过高,而浪费电能的现象,甚至还会出现电动机带负载起动时电流大,而转速上不去的现象。 9、电子热过载保护 本功能为保护电动机过热而设置,它是变频器内CPU根据运转电流值和频率计算出电动机的温升,从而进行过热保护。本功能只适用于“一拖一 ”场合,而在“一拖多”时,则应在各台电动机上加装热继电器。电子热保护设定值(%)=[电动机额定电流(A)/变频器额定输出电流(A)]×100%。10、频率限制 即变频器输出频率的上、下限幅值。频率限制是为防止误操作或外接频率设定信号源出故障,而引起输出频率的过高或过低,以防损坏设备的一种保护功能。在应用中按实际情况设定即可。此功能还可作限速使用,如有的皮带输送机,由于输送物料不太多,为减少机械和皮带的磨损,可采用变频器驱动,并将变频器上限频率设定为某一频率值,这样就可使皮带输送机运行在一个固定、较低的工作速度上。 11、偏置频率 有的又叫偏差频率或频率偏差设定。其用途是当频率由外部模拟信号(电压或电流)进行设定时,可用此功能调整频率设定信号最低时输出频率的高低。有的变频器当频率设定信号为0%时,偏差值可作用在0~fmax范围内,有的变频器(如明电舍、三垦)还可对偏置极性进行设定。如在调试中当频率设定信号为0%时,变频器输出频率不为0Hz,而为xHz,则此时将偏置频率设定为负的xHz即可使变频器输出频率为0Hz。12、频率设定信号增益 此功能仅在用外部模拟信号设定频率时才有效。它是用来弥补外部设定信号电压与变频器内电压(+10V)的不一致问题;同时方便模拟设定信号电压的选择,设定时,当模拟输入信号为最大时(如10V、5V或20mA),求出可输出f/V图形的频率百分数并以此为参数进行设定即可;如外部设定信号为0-5V时,若变频器输出频率为0-50Hz,则将增益信号设定为200%即可。 13、转矩限制 可为驱动转矩限制和制动转矩限制两种。它是根据变频器输出电压和电流值,经CPU进行转矩计算,其可对加减速和恒速运行时的冲击负载恢复特性有显著改善。转矩限制功能可实现自动加速和减速控制。假设加减速时间小于负载惯量时间时,也能保证电动机按照转矩设定值自动加速和减速。驱动转矩功能提供了强大的起动转矩,在稳态运转时,转矩功能将控制电动机转差,而将电动机转矩限制在最大设定值内,当负载转矩突然增大时,甚至在加速时间设定过短时,也不会引起变频器跳闸。在加速时间设定过短时,电动机转矩也不会超过最大设定值。驱动转矩大对起动有利,以设置为80~100%较妥。制动转矩设定数值越小,其制动力越大,适合急加减速的场合,如制动转矩设定数值设置过大会出现过压报警现象。如制动转矩设定为0% ,可使加到主电容器的再生总量接近于0,从而使电动机在减速时,不使用制动电阻也能减速至停转而不会跳闸。但在有的负载上,如制动转矩设定为0%时,减速时会出现短暂空转现象,造成变频器反复起动,电流大幅度波动,严重时会使变频器跳闸,应引起注意。 14、加减速模式选择 又叫加减速曲线选择。一般变频器有线性、非线性和S三种曲线,通常大多选择线性曲线;非线性曲线适用于变转矩负载,如风机等;S曲线适用于恒转矩负载,其加减速变化较为缓慢。设定时可根据负载转矩特性,选择相应曲线,但也有例外,笔者在调试一台锅炉引风机的变频器时,先将加减速曲线选择非线性曲线,一起动运转变频器就跳闸,调整改变许多参数无效果,后改为S曲线后就正常了。究其原因是:起动前引风机由于烟道烟气流动而自行转动,且反转而成为负向负载,这样选取了S曲线,使刚起动时的频率上升速度较慢,从而避免了变频器跳闸的发生,当然这是针对没有起动直流制动功能的变频器所采用的方法。15、转矩矢量 控制矢量控制是基于理论上认为:异步电动机与直流电动机具有相同的转矩产生机理。矢量控制方式就是将定子电流分解成规定的磁场电流和转矩电流,分别进行控制,同时将两者合成后的定子电流输出给电动机。因此,从原理上可得到与直流电动机相同的控制性能。采用转矩矢量控制功能,电动机在各种运行条件下都能输出最大转矩,尤其是电动机在低速运行区域。现在的变频器几乎都采用无反馈矢量控制,由于变频器能根据负载电流大小和相位进行转差补偿,使电动机具有很硬的力学特性,对于多数场合已能满足要求,不需在变频器的外部设置速度反馈电路。这一功能的设定,可根据实际情况在有效和无效中选择一项即可。与之有关的功能是转差补偿控制,其作用是为补偿由负载波动而引起的速度偏差,可加上对应于负载电流的转差频率。这一功能主要用于定位控制。 16、节能控制 风机、水泵都属于减转矩负载,即随着转速的下降,负载转矩与转速的平方成比例减小,而具有节能控制功能的变频器设计有专用V/f模式,这种模式可改善电动机和变频器的效率,其可根据负载电流自动降低变频器输出电压,从而达到节能目的,可根据具体情况设置为有效或无效。要说明的是,电子热过载保护和频率限制这两个参数是很先进的,但有一些用户在设备改造中,根本无法启用这两个参数,即启用后变频器跳闸频繁,停用后一切正常。究其原因有:①原用电动机参数与变频器要求配用的电动机参数相差太大。②对设定参数功能了解不够,如节能控制功能只能用于V/f控制方式中,不能用于矢量控制方式中。③启用了矢量控制方式,但没有进行电动机参数的手动设定和自动读取工作,或读取方法不当。 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:2020-12-27 关键词: 变频器 电源设计

  • 用4个元件,轻松做一个升压电路

    来源 | 电子科技大亨 从这个原理图中我们能够很清楚的看到所使用的元件,其中供电能源来自于电网的220V交流电,然后使用变压器进行降压,我们使用的这款是220V转12V,变压器的形状如下图。 之后我们准备好一个大电容,电容容量为2200uf可谓不小了。 之后准备两个二极管2N4007,形状如下图所示。 之后我们用指甲剪剪掉电容引脚,留下适量的长度,如下图。 之后把其中一个电容的正极和另外一个电容的负极相连,并用焊锡丝焊接上,如下图所示。 然后按照原理图把对应二极管也焊接到电路中的元件上。 最后我们找来导线,把导线也焊接在电路中,以便我们进行电路连接。 照着原理图把所有的元件都焊接到电路中,焊接成功的形状如下图所示。 之后我们连接上电源,把变压器输入的那端连接在220V的电源上,另一个输出端口连接在这个小升压器的输入端。给变压器通上电之后我们也可以清楚的看到变压器降压之后的电压值。 之后把万用表放在小升压器的输出端,从表盘中我们可以读出此时的电压数值为32.6V。 再看看输入端的电压11.7V,输出端的电压比输出端要高出2倍以上,看来我们这个小制作达到了我们的目的。 免责声明:本文素材来源网络,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 ------------ 关注

    时间:2020-12-27 关键词: 元器件 电源设计

  • DIY一个1pA超微电流测试器,非常易懂!

    整理:张晓宇 -END- | 整理文章为传播相关技术,版权归原作者所有 | 往期好文合集 当电路与艺术相结合,美的让人窒息!  必备!最全电路基础知识讲解! 最 后 转发分享5T资源大放送!C/C++,Linux,Python,Java,PHP,人工智能,PCB、FPGA、DSP、labview、单片机、等等!

    时间:2020-12-25 关键词: 电路图 电源设计

  • 从零开始,带你认识电源内部的元器件

    像处理器,可以看规格知性能。电源也不像显卡,由一颗关键的GPU来决定档次。一款好的电源除了满足功率需求以外,还必须考量稳定、节能、静音、安全等多方面的因素。在没有专业设备进行检测的情况下,我们只有了解一些电源的基本原理和元器件知识,才能做到对电源“一目了然”。 抓住关键,不再眼晕 从外面看起来,电源的个头也就比一块“板砖”大一点,但它“肚子”里装的东西可着实不少。拆开外壳,我们能看到数以百计的、各式各样的电子元器件和复杂交错的线缆,不免让人眼晕。俗话说“擒贼先擒王”,在观察电源时,我们也应该着重留意以下几个部分。 某电源的内部结构图,序号1~6分别标识出了大家应该着重观察的部分。 1、一、二级EMI滤波电路。这部分的作用是将外部电网进入的市电进行过滤,得到比较纯净的交流电供后续使用。 2、PFC电路。它的作用是在交流电转换成直流电的过程中减少谐波,降低对室内电网和市电电网的干扰,减少市电损耗。 3、高压滤波电容。它的作用是净化高压直流电,为后续的高低压转换提供相对“纯净”的电流。 4、电源拓扑。拓扑就是指电源的整体结构,它直接影响到电源的转换效率。 5、低压滤波电路的电感线圈。其作用是稳定输出端的电压和电流,与电脑硬件系统的稳定使用有直接的关系。 6、散热片。在变压器和开关电路进行电压转换时,会产生大量的热量,因此需要散热片迅速转移热量。 二级EMI滤波电路 国家3C认证强制要求上市的电源必须通过EMI防电磁辐射认证,因此合格的电源都应该具有EMI滤波电路。 一级EMI滤波电路位于电源接口处,做工更好的电路还具有独立PCB板和电感线圈。 二级EMI滤波电路通常在电源的主PCB板上,由电感线圈和电容等元器件组成。 某劣质电源上的二级EMI滤波电路唱了“空城计” 不过低端电源往往只有一级EMI滤波电路,稍好一点的电源都应该具有完整的一、二级EMI滤波电路。 PFC电路 PFC电路分为被动式和主动式两种,现在大部分电源都是采用的主动式PFC。 被动式PFC均采用这种“大个头”的电感 主动式PFC的电感线圈往往位于高压滤波电容的前方 被动式PFC的功率因数普遍在0.7左右,主动式PFC的功率因数则高达0.9以上,明显优于被动式PFC。两者的分辨也相当容易。 高压滤波电容 哪些是高压滤波电容?很简单,电源里面最高、最大的电容即是(1~2颗)。比较电容时,原则上只能与同类型的电源相比,因为在相同功率下,被动式PFC电源所需的电容容量比主动式要大。在同级比较时,我们可以看到高压滤波电容的容量、耐压值和耐温值,理论上这三项数值越大越好。 电源采用主动式PFC,因此使用容量为330μF的高压滤波电容就能满足需求。该电容的耐压值为400V,耐温值为85℃。 电源拓扑 简单说来,在前几年电源的拓扑可分为半桥式和正激式两种,现在基本以正激式为主。半桥式是传统的电源结构,通常转换效率不高;而正激式结构转换效率容易做到80%以上。 传统的半桥式拓扑 正激式拓扑有助于提高转换效率 在进行分辨时,我们不妨采用排除法:在半桥式电源的中央,必定有三个变压器,并且一大两小,排成一条直线;如果你的电源不是这种结构,那么恭喜你,这多半是正激式电源。 低压滤波电路的电感线圈 在低压滤波电路部分,我们主要看电感线圈的大小、匝数和颜色。自然是线圈越大、匝数越多越好;至于颜色,理论上从优到劣分别为灰色、黑色、浅绿色和黄色,电感越好损耗越小。 低压滤波电路部分主要看电感线圈 散热片 散热片的作用不需多说,发热量较大的开关管和肖特基管都常常安装在散热片上。目前市售电源普遍采用铝质散热片,通常越厚越好;同时为了在有限的空间内扩大散热面积,大部分散热片都开有鳍片,理论上鳍片越多越好。 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:2020-12-23 关键词: 元器件 电源设计

  • 空载的情况下,稳压器能稳定工作吗?

    热门推荐

    时间:2020-12-22 关键词: 稳压器 电源设计

  • 超详细!开关电源电路图及原理讲解

    关注+星标公众号,不错过精彩内容 编排 | strongerHuang 微信公众号 | 嵌入式专栏 成为一名合格的电源工程师要涉猎的知识包罗万象,小到家用电器,大到航天飞机,卫星等供电系统,大型电力行业所用的仪器设备,高精密医疗设备无不需要电源来提供稳定能源,这也更需要大量具有电源专业知识水平的工程师来完成设计和研发。但是,如何做好第一步,打好电源工程师的基本功?小编在这里对开关电源电路图及原理进行讲解,仅供参考! 嵌入式专栏 1 开关电源的电路组成  开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器(EMI)、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。 辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。 开关电源的电路组成方框图如下: 嵌入式专栏 2 输入电路的原理及常见电路 1、AC输入整流滤波电路原理: ①防雷电路:当有雷击,产生高压经电网导入电源时,由MOV1、MOV2、MOV3:F1、F2、F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时,其阻值降低,使高压能量消耗在压敏电阻上,若电流过大,F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路:C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制,防止对电源干扰,同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间,要对C5充电,由于瞬间电流大,加RT1(热敏电阻)就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上,一定时间后温度升高后RT1阻值减小(RT1是负温系数元件),这时它消耗的能量非常小,后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路:交流电压经BRG1整流后,经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5容量变小,输出的交流纹波将增大。 2、DC输入滤波电路原理: ①输入滤波电路:C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制,防止对电源干扰,同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4为安规电容,L2、L3为差模电感。 ②R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间,由于C6的存在Q2不导通,电流经RT1构成回路。 当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象,在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大,Q1导通使Q2没有栅极电压不导通,RT1将会在很短的时间烧毁,以保护后级电路。 嵌入式专栏 3 功率变换电路 1、MOS管的工作原理: 目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET(MOS管),是利用半导体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态,所以输入电阻可以大大提高,最高可达105欧姆,MOS管是利用栅源电压的大小,来改变半导体表面感生电荷的多少,从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图: 3、工作原理: R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器,和开关MOS管并接,使开关管电压应力减少,EMI减少,不发生二次击穿。 在开关管Q1关断时,变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流,这些元件组合一起,能很好地吸收尖峰电压和电流。 从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制,因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V时,UC3842停止工作,开关管Q1立即关断。 R1和Q1中的结电容CGS、CGD一起组成RC网络,电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。R1过小,易引起振荡,电磁干扰也会很大;R1过大,会降低开关管的开关速度。 Z1通常将MOS管的GS电压限制在18V以下,从而保护了MOS管。Q1的栅极受控电压为锯形波,当其占空比越大时,Q1导通时间越长,变压器所储存的能量也就越多; 当Q1截止时,变压器通过D1、D2、R5、R4、C3释放能量,同时也达到了磁场复位的目的,为变压器的下一次存储、传递能量做好了准备。 IC根据输出电压和电流时刻调整着⑥脚锯形波占空比的大小,从而稳定了整机的输出电流和电压。C4和R6为尖峰电压吸收回路。 4、推挽式功率变换电路: Q1和Q2将轮流导通。 5、有驱动变压器的功率变换电路: T2为驱动变压器,T1为开关变压器,TR1为电流环。 嵌入式专栏 4 输出整流滤波电路 1、正激式整流电路: T1为开关变压器,其初极和次极的相位同相。D1为整流二极管,D2为续流二极管,R1、C1、R2、C2为削尖峰电路。L1为续流电感,C4、L2、C5组成π型滤波器。 2、反激式整流电路: T1为开关变压器,其初极和次极的相位相反。D1为整流二极管,R1、C1为削尖峰电路。L1为续流电感,R2为假负载,C4、L2、C5组成π型滤波器。 3、同步整流电路: 工作原理:当变压器次级上端为正时,电流经C2、R5、R6、R7使Q2导通,电路构成回路,Q2为整流管。Q1栅极由于处于反偏而截止。当变压器次级下端为正时,电流经C3、R4、R2使Q1导通,Q1为续流管。Q2栅极由于处于反偏而截止。L2为续流电感,C6、L1、C7组成π型滤波器。R1、C1、R9、C4为削尖峰电路。 嵌入式专栏 5 稳压环路原理  1、反馈电路原理图: 2、工作原理: 当输出U0升高,经取样电阻R7、R8、R10、VR1分压后,U1③脚电压升高,当其超过U1②脚基准电压后U1①脚输出高电平,使Q1导通,光耦OT1发光二极管发光,光电三极管导通,UC3842①脚电位相应变低,从而改变U1⑥脚输出占空比减小,U0降低。 当输出U0降低时,U1③脚电压降低,当其低过U1②脚基准电压后U1①脚输出低电平,Q1不导通,光耦OT1发光二极管不发光,光电三极管不导通,UC3842①脚电位升高,从而改变U1⑥脚输出占空比增大,U0降低。周而复始,从而使输出电压保持稳定。调节VR1可改变输出电压值。 反馈环路是影响开关电源稳定性的重要电路。如反馈电阻电容错、漏、虚焊等,会产生自激振荡,故障现象为:波形异常,空、满载振荡,输出电压不稳定等。 嵌入式专栏 6 短路保护电路 在输出端短路的情况下,PWM控制电路能够把输出电流限制在一个安全范围内,它可以用多种方法来实现限流电路,当功率限流在短路时不起作用时,只有另增设一部分电路。 1、短路保护电路通常有两种,下图是小功率短路保护电路,其原理简述如下: 当输出电路短路,输出电压消失,光耦OT1不导通,UC3842①脚电压上升至5V左右,R1与R2的分压超过TL431基准,使之导通,UC3842⑦脚VCC电位被拉低,IC停止工作。 UC3842停止工作后①脚电位消失,TL431不导通UC3842⑦脚电位上升,UC3842重新启动,周而复始。当短路现象消失后,电路可以自动恢复成正常工作状态。 2、下图是中功率短路保护电路,其原理简述如下: 当输出短路,UC3842①脚电压上升,U1③脚电位高于②脚时,比较器翻转①脚输出高电位,给C1充电,当C1两端电压超过⑤脚基准电压时U1⑦脚输出低电位,UC3842①脚低于1V,UCC3842停止工作,输出电压为0V,周而复始,当短路消失后电路正常工作。R2、C1是充放电时间常数,阻值不对时短路保护不起作用。 3、下图是常见的限流、短路保护电路。其工作原理简述如下: 当输出电路短路或过流,变压器原边电流增大,R3两端电压降增大,③脚电压升高,UC3842⑥脚输出占空比逐渐增大,③脚电压超过1V时,UC3842关闭无输出。 4、下图是用电流互感器取样电流的保护电路,有着功耗小,但成本高和电路较为复杂,其工作原理简述如下: 输出电路短路或电流过大,TR1次级线圈感应的电压就越高,当UC3842③脚超过1伏,UC3842停止工作,周而复始,当短路或过载消失,电路自行恢复。 嵌入式专栏 7 输出端限流保护 上图是常见的输出端限流保护电路,其工作原理简述如上图:当输出电流过大时,RS(锰铜丝)两端电压上升,U1③脚电压高于②脚基准电压,U1①脚输出高电压,Q1导通,光耦发生光电效应,UC3842①脚电压降低,输出电压降低,从而达到输出过载限流的目的。 嵌入式专栏 8 输出过压保护电路的原理 输出过压保护电路的作用是:当输出电压超过设计值时,把输出电压限定在一安全值的范围内。当开关电源内部稳压环路出现故障或者由于用户操作不当引起输出过压现象时,过压保护电路进行保护以防止损坏后级用电设备。 应用最为普遍的过压保护电路有如下几种: 1、可控硅触发保护电路: 如上图,当Uo1输出升高,稳压管(Z3)击穿导通,可控硅(SCR1)的控制端得到触发电压,因此可控硅导通。 Uo2电压对地短路,过流保护电路或短路保护电路就会工作,停止整个电源电路的工作。当输出过压现象排除,可控硅的控制端触发电压通过R对地泄放,可控硅恢复断开状态。 2、光电耦合保护电路: 如上图,当Uo有过压现象时,稳压管击穿导通,经光耦(OT2)R6到地产生电流流过,光电耦合器的发光二极管发光,从而使光电耦合器的光敏三极管导通。 Q1基极得电导通,3842的③脚电降低,使IC关闭,停止整个电源的工作,Uo为零,周而复始。 3、输出限压保护电路: 输出限压保护电路如下图,当输出电压升高,稳压管导通光耦导通,Q1基极有驱动电压而道通,UC3842③电压升高,输出降低,稳压管不导通,UC3842③电压降低,输出电压升高。周而复始,输出电压将稳定在一范围内(取决于稳压管的稳压值)。 4、输出过压锁死电路: 图A的工作原理是,当输出电压Uo升高,稳压管导通,光耦导通,Q2基极得电导通,由于Q2的导通Q1基极电压降低也导通,Vcc电压经R1、Q1、R2使Q2始终导通,UC3842③脚始终是高电平而停止工作。 在图B中,UO升高U1③脚电压升高,①脚输出高电平,由于D1、R1的存在,U1①脚始终输出高电平Q1始终导通,UC3842①脚始终是低电平而停止工作。 嵌入式专栏 9 功率因数校正电路(PFC) 1、原理示意图: 2、工作原理: 输入电压经L1、L2、L3等组成的EMI滤波器,BRG1整流一路送PFC电感,另一路经R1、R2分压后送入PFC控制器作为输入电压的取样,用以调整控制信号的占空比,即改变Q1的导通和关断时间,稳定PFC输出电压。 L4是PFC电感,它在Q1导通时储存能量,在Q1关断时施放能量。D1是启动二极管。D2是PFC整流二极管,C6、C7滤波。PFC电压一路送后级电路,另一路经R3、R4分压后送入PFC控制器作为PFC输出电压的取样,用以调整控制信号的占空比,稳定PFC输出电压。 嵌入式专栏 10 输入过欠压保护 1、原理图: 2、工作原理: AC输入和DC输入的开关电源的输入过欠压保护原理大致相同。保护电路的取样电压均来自输入滤波后的电压。 取样电压分为两路,一路经R1、R2、R3、R4分压后输入比较器3脚,如取样电压高于2脚基准电压,比较器1脚输出高电平去控制主控制器使其关断,电源无输出。 另一路经R7、R8、R9、R10分压后输入比较器6脚,如取样电压低于5脚基准电压,比较器7脚输出高电平去控制主控制器使其关断,电源无输出。 参考资料: https://www.wingot.com.cn 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 ------------ 推荐阅读: 精选汇总 | 专栏 | 目录 | 搜索 精选汇总 | ARM、Cortex-M 精选汇总 | ST工具、下载编程工具 关注 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。 点击“阅读原文”查看更多分享,欢迎点分享、收藏、点赞、在看。 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:2020-12-22 关键词: 电路图 电源设计

  • 器件失效的元凶是什么?

    ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧  END  ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧

    时间:2020-12-20 关键词: 元器件 电源设计

  • 34个动控制原理图,老电工看了都说好!

    有时我们关注的公众号消息比较多,错过了一些自己喜欢的消息,不能及时看到工控论坛的推送,我们可以给公众号加星标或置顶。那如何星标置顶呢?【打开一篇工控论坛公众号的文章,点击文章标题下方的蓝色字体进入工控论坛公众号,右上角“···”选择设为星标,置顶公众号】 01 可控硅调速电路 02 电磁调速电机控制图 03 三相四线电度表互感器接线 04 能耗制动 05 顺序起动,逆序停止 06 锅炉水位探测装置 07 电机正反转控制电路 08 电葫芦吊机电路 09 单相漏电开关电路 10 单相电机接线图 11 带点动的正反转起动电路 12 红外防盗报警器 13 双电容单相电机接线图 14 自动循环往复控制线路 15 定子电路串电阻降压启动控制线 16 按启动钮延时运行电路 17 星形 - 三角形启动控制线路 18 单向反接制动的控制线路 19 反接制动电阻,可逆运行反接制动的线路 20 以时间原则控制的单向能耗制动线路 21 以速度原则控制的单向能耗制动控制线路 22 电动机可逆运行的能耗制动控制线路 23 双速电动机改变极对数的原理 24 双速电动机调速控制线路 25 变频器的异步电动机可逆调速系统控制线路 26 正确连接电器的触点 27 线圈的连接 28 继电器开关逻辑函数 29 三相半波整流电路图 30 三相全波整流电路图 31 三相全波6脉冲整流原理图 32 六相12脉冲整流原理图 33 负载两端的电压 在一个周期中,每个二极管只有三分之一的时候导通(导通角为120度)。负载两端的电压为线电压。 34 直流调速原理功能图 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:2020-12-18 关键词: 电路图 电源设计

首页  上一页  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 下一页 尾页
发布文章

技术子站

更多

项目外包