电源基础知识.ppt

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1、电源基础知识,一、电源基本原理简介二、应用技术介绍,介绍内容,电源基本原理简介,简介线性电源介绍开关电源介绍,简介,1.电源的重要性广义上来讲，目前任何一个电子设备都需要一个直流电源来供电这个直流电源可以是电池或是一个电源（Power Supply）；我们把电源比做电脑的心脏，并不夸张。心脏出了问题会使整机瘫痪或造成局部的毁损（如CPU，主板，GPU等）.2.电源的分类AC/DCDC/DCDC/AC,简介-(Cont),3.开关电源的历史从开关电源发展史来讲，如今已经走到第五代。第一代是70年初，那时候从线性电源开始走向开关电源；第二代是1976开始取得UL安规认证；第三代从80年代中期开始，

2、开关电源走向全球通用，因此电源的开发就不能局限在北美或者日本市场，输入电压要考虑85265V范围内，同时欧规和其他安规都要考虑进来；第四代在90年中期，欧盟要求EMC(电磁兼容)，包括PFC方面的高次谐波要求；现在进入了第五代，2006年7月，欧盟将强制执行RoHS条例，以限制有毒物质的使用。4.电源的两种实现方法常规的线性电源：有一个工频的功率变压器；由整流电路、滤波电路、线性稳压电路等组成；特点是：效率低（4055%），输出纹波和噪声低；输出的负载调整率和源调整率好等；开关电源：无工频变压器；由工频电压整流电路、电容、DC/DC变换器、滤波电路等组成；越来越多地被应用，特点：效率高（709

3、0%），体积小等；,简介(Cont),5.AC/DC与DC/DC电源的比较不同点AC/DC电源的输入电压为交流；DC/DC电源的输入电压为直流，可以是电池或另外一个输出为直流的电源；相同点输出电压都是经过精密调整的直流电压；采用的电压变换技术基本都是PWM（脉宽调制）技术；都可以根据客户的需求，提供原副边的高频隔离等；,开关电源基本原理简介,简介线性电源介绍开关电源介绍,线性电源介绍,1.线性电源的一般定义通常，一个可以将交流输入电压转换成为所需要的直流输出电压的电源应该具有如下的功能电压变换功能：将交流的输入电压转换为所需要的直流电压；整流变换：将AC输入电压变换成为直流输出电压；滤波：平滑

4、整流输出中所含有的纹波电压；调整：实现在输入电压变化、负载变化以及温度变化时，维持输出恒定的功能；隔离：电源中原边和副边在电气上的隔离；,线性电源介绍,2.理想电源的特性输出电压不随输入电压、输出负载、温度以及时间变化，维持恒定；输出阻抗为零；100%的转换效率；纯直流输出，无纹波电压，无开关噪声等；,线性电源介绍,3.实际电源的特性虽然，电源经过控制电路的控制，但实际上，输出电压是随着输入电压、输出负载、工作温度的变化等变化的；这些变化量是可以测量的，如：负载调整率，源调整率，温度变化率等；,线性电源介绍,4.线性电源工作原理框图线性电源=50Hz变压器+整流器+LC滤波+线性稳压电路+LC

5、滤波,线性电源介绍,5.典型的线性电源电路,开关电源基本原理简介,简介线性电源介绍开关电源介绍,开关电源介绍,1.开关电源与线性电源的优缺点比较,开关电源介绍,2.开关电源和线性电源的典型指标比较,开关电源介绍,3.开关电源的工作原理框图开关电源=市电整流+LC滤波+DC/DC变换器+LC滤波,开关电源介绍,4.DC/DC变换器原理框图,开关电源介绍,5.常用DC/DC变换器拓扑及工作原理介绍反激变换器适用与小功率应用场合，拓扑结构简单；噪声较大；控制性能较难优化；,开关电源介绍,5.常用DC/DC变换器拓扑及工作原理介绍（Cont）单端正激变换器：适用于中大功率应用场合；噪声小，控制性能容易

6、优化；被广泛应用；类型：谐振复位；三绕组复位；有源复位等,开关电源介绍,5.常用DC/DC变换器拓扑及工作原理介绍 BUCK变换器适用于非隔离场合；可以得到较高的动态相应特性；,开关电源介绍,6.开关电源其它常用功能介绍原边CNT功能提供控制模块关断的逻辑功能原边过温保护保护模块工作于一定的温度范围内，自身保护的一种原边欠压保护自我保护的一种，同时也是保证系统正常工作的一种电路原边限流保护模块自身的保护，保护在副边电路发生故障时，不使故障扩大副边过压保护保护用户电路在模块发生故障时不会损坏副边电压调整功能根据客户的需要适当调高/降低模块的输出电压副边输出电压补偿功能补偿用户端线路压降，保证用户

7、电路端的电压满足要求,1、DC/DC电源的标准封装 2、DC/DC 电源的测试方法 3、电源应用的单板设计 4、单板应用电源的测试方法 5、应用电源模块的EMI设计 6、模块应用过程中关键注意事项,应用技术介绍内容,DC/DC电源的标准封装,+,Vin,+Vo,-Vo,Trim,+Vin,-Vin,CNT,+Vo,-Vo,Trim,+Vin,-Vin,CNT,CNT,+Vin,CNT1,-Vin,+Vo,-Vo,+Vin,CNT,+Vo,+S,Trim,-S,-Vo,+Vin,CNT,Case,-Vin,+Vo,+S,Trim,-S,-Vo,1.4536.8mm,2.2857.9mm,2.28

8、57.9mm,2.461mm,2.461mm,4.6116.8mm,1.640.6mm,2.050.8mm,2.050.8mm,1.025.4mm,Half Brick,Quarter Brick,Full Brick,应用技术介绍内容,1、DC/DC电源的标准封装 2、DC/DC 电源的测试方法 3、电源应用的单板设计 4、单板应用电源的测试方法 5、应用电源模块的EMI设计 6、模块应用过程中关键注意事项,DC/DC电源的测试方法（常规测试）,一、输入特性输入电压范围在此范围内，模块应能正常开关机，基本性能满足指 标要求。二次电源模块的输入电压范围一般为36V75V（对48V系统）或18V

9、36V（对24V系统），超出该范围有可能进入欠压保护或过压保护状态。因此测试输入电压值应测试电源模块输入管脚端的电压。（以下各个测试项目都需要注意该点）最大输入电流 在负载最大、输入电压最低情况下的输入电流，选择保险的依据输入反射电流模块输入电流中的交流成分，它通过供电网络的公共阻抗对供电电压产生影响，即模块对供电电网的干扰。测试时应严格按要求配置测试条件 遥控端特性 提供给用户控制模块开关机的功能。测试时应注意给定的控制电流和控制电压条件,DC/DC电源的测试方法（常规测试）,二、输出特性输出电压范围在正常条件下模块输出电压的限制范围，包括TRIM端调节范围；注意：测试点应在模块的输出端输出

10、电流 模块在全范围内带负载的能力；注意：是否有最小负载要求，当电压上调10后，输出最大电流会有所减小输出电压精度常温下，模块输出电压的限制范围。输入电压调整率衡量模块受静态输入电压变化影响时输出电压出现的漂移。注意：测试应在热平衡后进行负载调整率衡量模块输出电压受静态负载电流变化影响出现的漂移注意：测试应在热平衡后进行,DC/DC电源的测试方法（常规测试）,温度系数衡量模块输出电压受环境温度变化影响出现的漂移。输出电压调整范围（TRIM端）用户通过外围电路对输出电压进行调整的范围。注意：在实际使用中，输出电压下调时负载电流不能超过额定的最大电流，输出电压上调时输出功率不能照超过模块的最大功率。

11、远程补偿 为保证负载端电压不受静态负载电流变化影响把模块的反馈采样点外移至负载端。注意：应用时应保证模块的输出补偿电压在规定的范围内输出纹波模块输出电压中的交流脉动成分和高频尖峰噪声。,DC/DC电源的测试方法（常规测试）,动态响应 输出电压对外界阶跃变化因素的响应，通常是指对阶跃变化负载电流的响应。在测试中，跳变负载电流的变化率和输出端并联的电容大小对测试结果有较大影响。输出带容性负载能力 规定在输出端可以并联的电容容量范围。应用时应遵循厂家提供的产品应用手册的规定开关频率模块工作时内部主开关管的工作频率在同一电源板上有多个模块同时工作时，最好选择同一开关频率段的模块，以简化滤波电路的设计。

12、,DC/DC电源的测试方法（常规测试）,输出建立时间 输出电压从零上升到90额定值的时间。启动延迟：输入36V到输出建立10的时间；开机时间：输入36V到输出建立90的时间；绝缘测试 绝缘电阻和绝缘电压测试，测试模块输入端、输出端、外壳三者间的电气隔离程度。基本绝缘的引入测试时应在绝缘的工作台上进行测试仪器数字电压表、直流电源、电子负载、数字示波器、电流探头、绝缘测试仪,DC/DC电源的测试方法（极限测试）,极限测试主要从温度应力、振动应力、电应力和抗扰性应力四个方面进行，包含以下内容：A.温度极限测试B.输出短路测试C.输入反复开关机D.输出容性负载极限测试E.输入低压点循环F.输入瞬态高压

13、G.输入静态高压H.输入电压跌落及输出动态负载I.低温步进实验J.高温步进实验K.绝缘耐压极限实验,DC/DC电源的测试方法（可靠性测试）,联合环境实验室（国家认可实验室）,步入式温箱(10M3，-4080),ESS实验箱（-70180,20/Min),高加速应力实验箱(180L,150,50100%),温度冲击箱(-80220,1300L),振动实验系统(10,000N,03000Hz),碰撞冲击实验系统(100Kg,100g,80次/Min),跌落实验系统(150Kg,0750mm),高温实验房（100M3，4080）,温湿度试验箱（-70180,1098%),应用技术介绍内容,1、DC/

14、DC电源的标准封装 2、DC/DC 电源的测试方法 3、电源应用的单板设计 4、单板应用电源的测试方法 5、应用电源模块的EMI设计 6、模块应用过程中关键注意事项,电源应用的单板设计（推荐应用）,输入滤波电容：22470uF，低ESR、100V、105电解电容，并有一个0.10.47uF瓷片电容（体积不大于1812）滤波电路：多个模块共用一个滤波器时，每个模块输入端都必须加滤波电容CNT 端：CNT接固定电平，电平要满足规定要求（器件资料有明确指标）保险管：推荐输入加保险管,保险的大小与种类符合规范，保险前不能有器件；缓启动电路：推荐缓启动电路要放在电源/EMI电路与大电容之间，EMI电路如

15、果没有大电容则不要求；输入电源线推荐不用继电器容性负载 输出容性负载必须满足要求工作于极限动态负载时，需加大输出电容，保证输出电压的过冲不能大于10%；TRIM TRIM端调整范围不能超过规定值，一般情况为10%。TRIM连接在输出滤波电感前面；,电源应用的单板设计（推荐应用）,输出滤波 输出型滤波电路不能引起振荡，特别注意多级滤波情况滤波电感、磁珠中实际流过的电流不能超过额定电流电感量不能太大，保证不引起电路振荡,电源应用的PCB设计,布局/布线流畅、布线最短、电流线的宽度满足PCB设计规范；瓷片电容要紧靠电源模块管脚电解电容不能靠近热源，虽然要求要靠近电源模块输入管脚，但要注意不能紧贴，一

16、般留35mm；模块周围没有发热器件输入/输出地平面没有重叠；输入电容不能挂接在输入电源线上，谐波电流流过输入电容；如果负载变化很大时，除了在模块输出端要有电容之外，在负载端也要有很好的LOW ESR的大容量电容；,应用技术介绍内容,1、DC/DC电源的标准封装 2、DC/DC 电源的测试方法 3、电源应用的单板设计 4、单板应用电源的测试方法 5、应用电源模块的EMI设计 6、模块应用过程中关键注意事项,单板上电源的测试方法,目的：给出产品的单板上电源的测试方法，找出电源选型和应用中存在的隐患。单板输入最大电流测试 选择保险的依据在负载最大、模块输入脚端的输入电压最低时测试；电源开关机输出电压

17、特性测试在最大配置和最小配置下测试单板中各个电源模块和电源芯片开机和关机时的输出波形，不能有振荡，过冲不能大于输出电压的10%；单板电源电压测试 电压值应满足各器件要求，同时电源输出端的电压不能超出电源允许的调整范围。在最大配置和最小配置下测试单板中电源的输出电压和各个器件的近端供电电压；电源输出功率测试 测试单板中各个电源模块最大输出功率是否符合80%的降额，以及各路输出的最小功率，是否符合最小负载要求，尤其是多路输出的电源；单板配置为最小时（如果有接口板，不要将接口板插上），测试单板中各个电源模块输出的最小功率。,单板上电源的测试方法,电源输出纹波噪声测试 在最大配置和最小配置下测试单板中

18、各个电源模块输出管脚端的纹波（不包括噪声）是否很大，是否出现振荡，判断是否能满足器件对电源纹波的要求测试纹波和噪声时，设置示波器带宽为20MHz，应选用模拟示波器，测试环路应尽可能的小（如示波器采用地线环）；电源壳温测试：常温测试单板各个电源模块的壳温最高不能大于60；对铝基板产品，高温下测试壳温不能大于90；对非铝基板产品，高温下测试壳温不能大于80。在常温和高温下进行 如果系统中有足够的风速，测试时请保证系统中一样的风速。测试点必须是电源模块或电源芯片的最高温度点；,应用技术介绍内容,1、DC/DC电源的标准封装 2、DC/DC 电源的测试方法 3、电源应用的单板设计 4、单板应用电源的测

19、试方法 5、应用电源模块的EMI设计 6、模块应用过程中关键注意事项,电源的EMC应用,目的：使一个电气装置或系统既不受电磁环境的影响，又不给环境以这种影响。它不会因电磁环境导致性能变差或产生误动作，而完全可以按照原设计的能力可靠地工作；抗干扰的三个途径：从噪声产生、传播和接收三个方面来抑制干扰；电子电路的抗干扰技术：试验技术和工艺技术；电磁兼容的国际标准：CISRR国际无线电干扰特别委员会(6个分会)VDE 德国电气工程师协会标准（目前最严格的标准）MIL-STD-461/462 美国军用电磁兼容标准FCC 美国联邦通信委员会标准、日本的电气用品取缔法和VCC 标准,EMC测试设备,电磁屏蔽

20、室(9KHz10GHz),EMI测试接收机(9KHz2750KHz),线阻抗稳定网络(最大电流:200A),骚扰功率测试系统(9KHz1800KHz),EMC测试设备,传导抗扰性测试系统(130V;9K250MHz),高频抗扰性测试系统(电压范围:200V4400V),ESD抗扰性测试系统(218KV),EFT抗扰性测试系统(电压范围:2004400V),Tr:1.2usT2:50us,Tr:5nsTd:50ns,Tr:0.71nsI:peak:15A,AM:80%Mod:1KHz,EMC测试设备,振铃波抗扰性测试系统(输出电压范围:300V4000V),EMS故障诊断系统,EMI近场分析系统

21、,高压噪声抗扰性测试系统 脉冲电压:03000V 脉冲宽度:50ns1us,谐波发射及低频抗扰性测试系统(最大功率:15KVA),Tr:0.5usf:100KHz,EMC中有关噪声的定义,噪声定义：对有用信号以外的所有电子信号的一个总称；分类50Hz 低频噪声50Hz-100MHz 脉冲性或宽频带噪声100MHz以上 高频无线电波,开关电源内部结构安排,开关电源的噪声分布,开关电源内部噪声与耦合,滤波器输出线接法,二次电源几种典型滤波电路,典型的测试波形,应用技术介绍内容,1、DC/DC电源的标准封装 2、DC/DC 电源的测试方法 3、电源应用的单板设计 4、单板应用电源的测试方法 5、应用电源模块的EMI设计 6、模块应用过程中关键注意事项,模块电源应用注意事项,电源的Sense端不能接到负载端，外部引入的LC延时会改变环路特性，可能会导致电源工作不稳定；并联备份应用时在使用二极管隔离时要注意Sense端的正确接法；模块电源选型时，实际负载为被选模块额定输出功率的6080较为适宜,谢谢大家！,