開關(guān)電源基礎(chǔ)知識簡介

1、1、輸出紋波噪聲的測量及輸出電路的處理PWM 開關(guān)電源的輸出的紋波噪聲與開產(chǎn)頻率有關(guān)。其紋波噪聲分為兩大部分:紋波(包括 開關(guān)頻率的紋波和周期及隨機(jī)性漂移和噪聲(開關(guān)過程中產(chǎn)生。周期及隨機(jī)性漂移 在紋波與噪聲的測量過程中,如果不使用正確的測量方法將無法正確地測量出真出的輸出 紋波噪聲。下面是推薦的測量方法:平行線測量法 :輸出管腳接平行線 后接電容 , 在電容兩端使用 20MHz C 為瓷片電容,負(fù)載與模塊之間的 距離在 51mm 和 76mm(2in.和 3in 之間。在大多數(shù)電路中 , 2、多路輸出的交互調(diào)節(jié)及其應(yīng)用交互調(diào)節(jié)的優(yōu)點。圖中 lo1路負(fù)載電流、 Vo2為輔助路輸出電壓。由圖可見

2、, 20%100% Io2在主路負(fù)載從 20%100%變化時,輔助路輸出電壓隨輔助路負(fù)載電流的變化曲線中,輔助路輸出電壓始終在 ±4%范圍之內(nèi)。即使在最壞的情況,即主路 空載、輔助路江載,主路滿載、輔助路空載時其輸出電壓也能保證在標(biāo)稱電壓的 ±10%范圍之內(nèi)。 由此,對于輸出穩(wěn)壓精度要求不太高的情況下,這種不穩(wěn)壓的輔助輸出不僅能夠滿足供電的條件, 而且相對成本低、器件少、可靠性高。建議用戶首先考慮不穩(wěn)壓的輔助輸出的電源模塊。開關(guān)電源基礎(chǔ)知識簡介3、容性負(fù)載能力與電源輸出保護(hù)建議用戶對電源模塊的阻性負(fù)載取大于 10%額定負(fù)載,這樣模塊工作比較穩(wěn)定。電容作為電源去耦及抗干擾的手

3、段,在現(xiàn)代電子線路中必不可少,本公司的電源模塊考慮此 因素,都有相當(dāng)?shù)娜菪载?fù)載能力。但由于考慮到電源的綜合保護(hù)能力,尤其是輸出過載保護(hù), 容性負(fù)載能力不可能太大,否則保護(hù)特性將變差。因此用戶在使用過程中負(fù)載電容總量不應(yīng) 超過最大容性負(fù)載能力。Vo輸出電流保護(hù)一般有四種方式: 恒流式:當(dāng)?shù)竭_(dá)電流保護(hù)點時,輸出電流隨負(fù)載的 進(jìn)一步的加重,略有增加,輸出電壓不斷下降?；卣凼?當(dāng)?shù)竭_(dá)電流保護(hù)點時,輸出電流隨負(fù)載的 的加重,輸出電壓不斷下降,同時輸出電流也不斷下降。恒流 -截止式:當(dāng)?shù)竭_(dá)電流保護(hù)點時,首先是恒流式精確自恢復(fù)截止式:輸出電流到達(dá)保護(hù)點,電源模塊輸出被禁止,負(fù)載減輕電路自恢復(fù)。 在大部分電路

4、中使用恒流式與截止式較多,比較理想的保護(hù)方式是精確自恢復(fù)截止式,或者 恒流 -截止式保護(hù)。其中恒流式、回折式保護(hù)本質(zhì)上就是自恢復(fù)的,但輸出短路時的功耗較大, 尤其是恒流式。而截止式、恒流 -截止式保護(hù)的自恢復(fù)特性須加輔助復(fù)位電路來完成自恢復(fù),其 輸出過載時的功耗可以通過復(fù)位電路的周期進(jìn)行調(diào)整,即調(diào)整間歇啟動的時間間隔。一般電流 保護(hù) 1.22倍標(biāo)稱輸出電流。精確自恢復(fù)截止式電流保護(hù)點設(shè)定為標(biāo)稱輸出電流 1.2倍或 1.3倍。一般輸出有過壓嵌位保護(hù)。4、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng) 當(dāng)輸出的負(fù)載迅速發(fā)生變化時,輸出的電壓會出現(xiàn) 上沖或下跌。電源模塊經(jīng)過調(diào)整恢復(fù)原輸出電壓。這個Vo和恢復(fù) 時間(tr 。過沖越小,

5、恢復(fù)時間越短,系統(tǒng)響應(yīng)速度 越快。一般在 25%的標(biāo)稱負(fù)載階躍變化,輸出電壓的 過沖為 4%VO,恢復(fù)時間為 500µS左右。5、外圍推薦電路1輸出電壓的調(diào)節(jié):本公司產(chǎn)品中有 TRIM 輸出管腳的產(chǎn)品,可以通過電阻或電位器對輸出電壓進(jìn)行一定范圍內(nèi)的 調(diào)節(jié)。將電位器的中心與 TRIM 相連,在有 +S, -S 管腳的模塊中,其他兩端分別接 +S、 -S ,沒有 相應(yīng)主路的輸出正負(fù)極(+S接 Vo1, -S 接 GND 上,調(diào)節(jié)電位器即可。輔路跟隨主路調(diào)節(jié)。電位器 阻值根據(jù)輸出電壓的大小選用 520K 比較合適。一般微調(diào)范圍為 ±10%。 在直接與輸出正負(fù)極相連時,請單獨走線以

6、免引入其他不必要的干擾。 2遙控開 /關(guān)電路模塊的遙控開 /關(guān)操作是通過 REM 一般控制方式有兩種:正邏輯控制方式:REM 態(tài),模塊工作; REM 端接低電平狀態(tài),模塊關(guān)斷。負(fù)邏輯控制方式:REM 端接低電平狀態(tài), 模塊工作; REM 高低電平值參見產(chǎn)品系列說明。如果控制需要與輸入端隔離則可以使用光耦作為傳遞控制信號。如右圖所示, R 只有在 “ 懸空關(guān)斷 ” 的控制方式時才有必要使用。 3 DC/DC產(chǎn)品輸入保護(hù)電路:本公司的 PWM 開關(guān)電源模塊都有內(nèi)置的濾波器,能滿足一般電源應(yīng)用的要求。LC VINGND推薦用戶使用下圖的電路,輸入加鋁電解電容以吸收模塊輸入端的電壓尖峰并為模塊提供 一

7、定的維持電壓,一般在 2550W 功率 48V 輸入的模塊,選擇幾十微法左右的電容較為合適。 考慮到紋波的因素,盡量先用低 ESR 的電容。為了防止輸入電源瞬態(tài)高壓將電源模塊燒毀, 建議用戶在輸入端接瞬態(tài)吸收二極管并配合保險管 使用,確保模塊在安全的輸入電壓范圍內(nèi)。 為了降低共模噪聲,可以增加 Y 電容。一般選擇 110nF高頻電容。在圖中, R 為保險管、 D1為反接保護(hù)二極管、 C為濾波電容(如鋁電解電容、 Cy 為 Y 電容。 D2 為瞬態(tài)吸收二極管(P6KE 系列。標(biāo)稱電壓廠家 24VMotorola 48V Motorola 110VMotorola4 冗余熱備份電路將相同的模塊輸出

8、通過二極管并聯(lián)使輸出能力增倍,同時提高了電源系統(tǒng)的可靠性.原則上 如果配合相應(yīng)輸出告警電路,將模塊放在可以拆卸的母線上,出現(xiàn)故障的模塊及時更換,電源 系統(tǒng)將有非常高的可靠性。這種方法并聯(lián)的模塊沒有數(shù)量的限制。下圖中 D 一般為肖特基二極管, 在 D 之前可以加告警電路來反映模塊的好壞。模塊也須使用 TRIM 進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。 5 AC/DC產(chǎn)品外圍推薦電路如下圖所示 L 為火線, FUSE 為熔斷器, N 為零線, C1為高頻特性好的瓷片電容或聚酯電容, FG 為機(jī)殼, E1為鋁電解電容, RT 為壓敏電阻(標(biāo)稱電壓 470V 以上 -直徑 10mm 以上。因模塊電源已內(nèi)置輸出鋁電解電容,用戶

9、可以不加 E1電容。如果用戶的空間足夠大,也可以 選擇允許的耐壓值,容量不大于模塊允許的容性負(fù)載值的鋁電解電容,以提高模塊的使用壽命。 FUSE RT L N負(fù)載(圖 5-8輸入電壓范圍 1836V 3672V 72144V推薦瞬態(tài)吸收二極管P6KE39AP6KE75A P6KE150A6、熱設(shè)計 由于電源模塊的轉(zhuǎn)換效率不可能是 100%, 因此自身有定的功耗,電源模塊本身發(fā)熱的高低, 主要取決于電源模塊的轉(zhuǎn)換效率。在一定外殼 散熱條件下,電源模塊存在一定的溫升(即殼溫 與環(huán)境溫度的差異。電源模塊外殼散熱表面積 的大小直接影響溫升。對于環(huán)境溫度較高的地方 須將模塊降額使用以減小模塊的功耗,從而

10、減小 溫升,保證外殼溫度不超過極度限值。推薦用戶根據(jù)環(huán)境條件降額使用模塊電源, 以獲得較大的安全余量。右圖給出了各種條件下 0 25 50 85的降額曲線,用戶可以估算一下需要降額的幅度。溫度(各種條件下的降額曲線對于功率較大的模塊,須加相應(yīng)的散熱器以使模塊的溫升下降。不同的散熱器在自然散熱 的條件下有不不同的對環(huán)境的熱阻,主要影響散熱器熱阻的因素是散熱器的表面積。 一、散熱器的選擇:散熱器的選擇步驟如下:1、由產(chǎn)品說明書我們可以知道:電源模塊的效率(;最大基板允許溫度(Tmax, 則 :電源的耗散功率 : P D =PO (1-/ (1溫差 : T=Tmax-Ta (2式中 :Ta為環(huán)境溫度

11、。2、由前面的公式(1 , (2可以求出電源模塊消耗的 P D 及模塊外殼與周圍流體(空氣 的溫差 T 。這樣散熱器所需要的熱阻 R th 可由下式求出:Rth= T/PD (3接下來我們只要查散熱器的產(chǎn)品目錄或手冊,從中找出與電源模塊尺寸相當(dāng)?shù)?、在合適環(huán)境 及自然對流與輻射下的熱阻值小于 R th 的散熱器即可。3、我們也可以采用鋁平板作為散熱器,如圖 6-2是鋁平板散熱器的熱阻曲線圖,選擇符合 要求的鋁平板散熱器的尺寸即可。如果用戶手中有散熱器,又不知道其參數(shù),可查得的鋁平板 散熱器的尺寸估算一下手中散熱器面積合適與否。因為自冷式散熱器最主要的參數(shù)是散熱面積。R(th saR(th sa6

12、 6 ( /W4422 0200 400 600 800 1000100 400 600 800 1000散熱面積 (cm² 散熱面積 (cm²(a水平放置(b垂直放置熱阻 /W輸 出 功 率 百 分 比4、在強(qiáng)制風(fēng)冷的情況下散熱器的選擇與自然 對流情況下的散熱器的選擇其方法是類似的。雖然流 1.4 體（空氣）溫度對決定需要多大的熱阻很重要，但不是 1.2 選擇散熱器的主要元素，只有氣流速度才是選擇散熱器 熱阻的重要因素。右圖某散熱器熱阻與空氣流速典型 關(guān)系曲線?？蛻艨筛鶕?jù)此曲線趨勢、風(fēng)速來確定熱阻， 再選擇散熱器。 其中LFM（Linear Feet per Minute

13、=5.08*10³ 0.6 二、裝嵌方式： 在自然對流和輻射情況下，散熱器安裝的一般 指導(dǎo)原則是：對于長方形的電源而言，基板較長的方向 0.2 應(yīng)該是水平的。溝道應(yīng)該垂直以便于形成“煙囪效應(yīng)” 而有利于散熱。當(dāng)有外界強(qiáng)制風(fēng)冷的情況下，電源模塊 的放置要以不對氣流的自由流動形成障礙為原則。 散熱器與模塊電源之間一定要涂一層導(dǎo)熱脂， 散熱器與鋁基板之間的結(jié)合要緊密，但不要因過緊 造成變形。 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 氣流速度（LFM） 散熱器熱阻與空氣速流的關(guān)系曲線 0.4 0.8 1.0 7、可靠性設(shè)計 本公司提供的可靠性參數(shù)MTBF是根據(jù)MIL-HDBK217可靠性預(yù)測的標(biāo)準(zhǔn)計算出來的，在計算 過程中考慮