电源基础知识.ppt

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1、、1.简介2.线性电源介绍3.开关电源介绍1. 电源的重要性电源的重要性a.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b.这个直流电源可以是电池或是一个电源（这个直流电源可以是电池或是一个电源（Power Supply）；）；c.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（如瘫痪或造成局部的毁损（如CPU，主板，主板，GPU等）等）.2. 电源的分类电源的分类a.AC/DCb.DC/DCc.DC/AC 3. 开关电源的历史开关电源的历史

2、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，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（40

3、55%），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（7090%），体积小等；5. AC/DC与DC/DC电源的比较 不同点不同点 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；1.简介2.线性电源介绍3.开关电源介绍1. 线性电源的一般定义线性电源的一般定义l通常，

4、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； 2. 理想电源的特性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；3. 实际电源的特性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

5、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；VoutIoutVouttIdeal SupplyReal SupplyoutVoutoutVVgulationloadReP-P Ripple4. 线性电源工作原理框图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滤波TransformerTransformerRectifierRectifierFilterFilter Linear Linear RegulatorRegulatorFilterFilterVacVacVoVoVac/NVac/NVac: Vac: 1

6、10V or 220V110V or 220VVoVoRegulatorRegulatorViViViViNpNpNsNsN=Np/NsN=Np/Ns5. 典型的线性电源电路典型的线性电源电路RLVgVoR1 SC protectionR2VR OV protection)(212RRRVVRo1.简介2.线性电源介绍3.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与线性电源的优缺点比较 内容电源优点缺点线性电源电路简单体积大、重量大输出纹波和噪声小效率低源调整率和负载调整率高功率密度低动态响应速度快开关电源效率高EMI和纹波噪声大功率密度高动态响应速度相对较慢输入电压范围和负载范

7、围宽调整率较低电源的功能多2. 开关电源和线性电源的典型指标比较开关电源和线性电源的典型指标比较指标线性电源开关电源源调整率(%)0.02 0.050.05 0.1负载调整率(%)0.02 0.10.1 1.0输出纹波(mV)0.5 2.0 mVrms25 150 mVp-p输入电压范围(%)1050效率(%)40606090功率密度(W/in3)0.52.3动态响应恢复时间(us)0.5100300保持时间(ms)2323. 开关电源的工作原理框图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DC/DC ConverterVoVoViViVacVac 11

8、0 or 220RectifierFilterDC/DCFilter4. DC/DC变换器原理框图变换器原理框图 功率变换 控制电路 输入滤波 DC/DC功率级 输出滤波 Vin Von 辅助电源 主控制电路 驱动信号 副边控 制电路 隔离 副边保 护电路 (OV , CS OC,etc 原边保护电路(OCP/OTP/LVP) 其它控制电路 Vin CNT Trim Sense 5. 常用常用DC/DC变换器拓扑及工作原理介绍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；Co RVoD1NpNsVinSFeedback Error Am

9、pIsolationPWMCi ipis 5. 常用常用DC/DC变换器拓扑及工作原理介绍（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，控制性能容易优化；被广泛应用； 类型：谐振复位；三绕组复位；有源复位等Co RVoNpNsVinSFeedback Error AmpIsolationPWMCi ipis D1D2Lo5. 常用常用DC/DC变换器拓扑及工作原理介绍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；Feedback Error AmpPWMLSDCRVoVin6. 开关电源其它常用功能介绍开关电

10、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，保证用户电路端的电压满足要求 1、DC/DC电源的标准封装电源的标准封装 2、DC/DC 电源的测试方法电源的测试方法 3、电源应用的单板设计电源应用的单板设计 4、单板应用电源的测试方法、单板应

11、用电源的测试方法 5、应用电源模块的、应用电源模块的EMI设计设计 6、模块应用过程中关键注意事项、模块应用过程中关键注意事项 +Vin +Vo-VoTrim+Vin-VinCNT +Vo-VoTrim+Vin-VinCNTCNT +VinCNT1-Vin+Vo-Vo+VinCNT+Vo+STrim-S-Vo +VinCNTCase-Vin+Vo+STrim-S-Vo1.4536.8mm2.2857.9mm2.2857.9mm2.461mm2.461mm4.6116.8mm1.640.6mm2.050.8mm2.050.8mm1.025.4mmHalf BrickQuarter BrickFu

12、ll Brick 1、DC/DC电源的标准封装电源的标准封装 2、DC/DC 电源的测试方法电源的测试方法 3、电源应用的单板设计电源应用的单板设计 4、单板应用电源的测试方法、单板应用电源的测试方法 5、应用电源模块的、应用电源模块的EMI设计设计 6、模块应用过程中关键注意事项、模块应用过程中关键注意事项一、输入特性一、输入特性l输入电压范围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18V36V（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

13、压。（以下各个测试项目都需要注意该点）l最大输入电流最大输入电流 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l输入反射电流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测试时应严格按要求配置测试条件 l遥控端特性遥控端特性 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测试时应注意给定的控制电流和控制电压条件二、输出特性二、输出特性l输出电压范围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注意：测试点应在模块的

14、输出端l输出电流输出电流 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后，输出最大电流会有所减小l输出电压精度输出电压精度常温下，模块输出电压的限制范围。l输入电压调整率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注意：测试应在热平衡后进行l负载调整率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注意：测试应在热平衡后进行l温度系数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。l输出电压调整范围（输出电压调整范围（T

15、RIM端）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，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。流，输出电压上调时输出功率不能照超过模块的最大功率。l远程补偿远程补偿 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注意：应用时应保证模块的输出补偿电压在规定的范围内l输出纹波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。l动态响应动态响应 输出电压对外界阶跃变化因素的响应，通常是

16、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。有较大影响。l输出带容性负载能力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应用时应遵循厂家提供的产品应用手册的规定l开关频率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。块，以简化滤波电路的设计。l输出建立时间输出建立时间 输出电压从零上升到90额定值的时间。启动延迟：输入启动延迟：输入36V到输出建立到输出建立10的时间；的时间；开机时间：输入开机时间：输入36V到输出建立到输出建立90的时间；的时间；l绝缘测试绝缘测试 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。基本绝缘的引入基本绝缘的引入测试时应在绝缘的工作台上进行测试时应在绝缘的工作台上进行l测试仪器数字电压表、直流电源、电子负载、数字示波器