【SMPS器件基础】1、开关电源的基本要求概述

colin_fa

3 I& Y$ o. k* y+ I, v8 W$ _/ S
1、开关电源（Switch Mode Power supply）基本要求

1.1 导论    
* N2 b& o# W  S. d$ E       开关电源之所以得名，是因为它直接由交流电源（AC）供电，不用体积庞大的50~60Hz低频隔离变压器，而线性电源通常采用这种低频隔离变压器。尽管各种开关电源变化技术在电路设计上是不同的，但他们经过多年的发展，类似的基本功能特性已成为普遍接受的工业标准。
     为了满足各个国家或国际的安全标准、电磁兼容性和电源瞬变等前置性要求，业界不得不采用了相对标准化的技术，此技术包括布线、元件布置、噪声滤波设计和瞬变保护技术。谨慎的设计者在进行设计之前会熟悉这些机构的全部要求，很多合理的设计就是由于无法满足安全标准部门的有关标准而导致失败。

1.2 输入瞬变电压保护
      当条件满足时，人为和自然放电现象都会在供电线上引起很大的瞬变电压，IEEE的587-1980标准给出了各种场合对这一现象的调查结果。这些场合被归类为低强度级A、中强度级B、和高强度级C。大多数电源都处于A、B级别，这些场合的电应力：U=6000V Max， I=3000A Max。
- P/ I9 B/ ]. B; F5 \
1.3 电磁兼容性      

2 z- s2 }. a; c6 `      开关电源供电是有噪声的，为了满足各个国家和国际的RFI标准中关于传导性噪声的要求，通常在交流供电输入端串联差模和共模噪声滤波器。噪声滤波器的衰减系数取决于电源的大小、运行频率、电源设计、应用和环境。
      在家用和办公设备领域，例如：个人计算机、显示器等设备实行更为严格的标准，通常会采用美国联邦通信委员会FCC-B或类似标准；在工业领域，采用稍微宽松的FCC-A标准。


1.4 差模噪声
    差模噪声涉及任何两个电源端或输出端之间的高频电磁噪声的分量，例如在火线与中线输入端之间或在正极与负极输出端之间可测试到此噪声。

1.5 共模噪声
7 V7 Q. T( C" ~, y1 P* k6 {      对电源输入来说，共模噪声是在两条供电线端一起与大地（参考地）公共端之间出现的电磁噪声分量。对输出来说，隔离和非隔离的连接都可能存在。在任何情况下，不容许在火线与地之间有超过0.01uF的电容，这在许多安全标准中都有规定。


- v6 k. ^- k. \# W2 f1.6 静电屏蔽
' ]+ c' O- M3 N      高频传导噪声是沿着电源端或输出端传到的噪声，通常是有接地面或输入与输出电路之间的荣幸耦合电流产生的，因此 高压开关部件应避免安装在即可上；若不可避免，要尽量使其与机壳之间的容性耦合最小。
     要减少隔离变压器输入到输出的噪声耦合，应采用静电屏蔽，注意：静电屏蔽与安全屏蔽是不同的概念，后面会专题讲到。
, [  u' s/ _  X; u$ r
. O. Y' A/ `" c% D
! _% ?3 o9 W4 l
+ u5 J1 ^- ]2 V% w7 P8 K

colin_fa

! n  X# L: V7 [9 \% T1.7  输入保险管（Fuse）的选择
8 @2 e% M5 r& A
     使用的电压、浪涌电流、持续电流和一个器件所允许通过的能量（用熔化热能值I^2*t的额定值表示）的影响都应考虑到。
4 z( g  T* X, z( S) i     对于电源输入处使用的Fuse来说，其电流额定值应考虑大多数开关型工作系统中的电容性输入滤波器的功率因数的影响，其值为0.6~0.7。
" M' k0 ?# t% D4 P! q     Fuse厂家给出的数据表各处的Fuse的额定电流值具有优先的使用寿命，使用寿命的典型值时1000hrs；为了延长Fuse的工作寿命，应   使正常的供电电流稍低于最大Fuse额定值，这个差额越大，越能延长Fuse的寿命。
     Fuse的选择是在延长使用寿命和安全保护范围两者之间的折中。为了满足安全部门的要求并得到最佳的保护，更换Fuse时，应换上一个相同类型、相同额定值的产品。

# T8 o" V! @0 [5 y) I
1.8  交流电整流与输入电容选择
& |; Q# q- }7 a. Q
0 p; R. ^# c! U" O5 A
- |* c5 ^5 }$ S3 D
( N# y, v7 [* c4 t$ C3 r8 n6 S     整流器的输入电容对开关电源来说，几乎成为常用的滤波器选择之一。在整流电路拓扑中，交流输入被直接整流送到一个大的电解储能电容器。
     尽管它的电路小、效率高、成本低，但也有其缺点。在外加的正玄波波峰处要求窄的、大脉冲电流，产生了过掉的线路损耗I^2*r、谐波畸变和低的功率因素（power factor）。在某些例如船舶类电源应用场景，这种电流畸变是不允许的，必须采用特殊的低畸变输入电路。

7 }. V7 G: ^4 _8 F
1.9 浪涌抑制
8 v  R) T6 a: J  ~2 N  A

     浪涌抑制可以减少电源上电（Power ON）时通过输入端支路及器件的电流，不同于软启动。
     为了最大限度的减小输入滤波器的体积和重量，大多数开关电源在整流电路前端的滤波器中选择低ESR的电解电容。因为低ESR的电容，初始状态是未充电的，这种滤波器若直接连到AC，将会在Power ON 时产生很大的浪涌电流。所以，对于容性输入滤波器的电源，普遍的做法就是设置某种类型的电流浪涌限制；在大功率系统中，在输入储能元件和滤波电容充满电是，一般用晶闸管（SCR）、双向晶闸管（TRIAC）等去除或短路限流电阻；在低功率系统中，通常采用负温度系数热敏电阻（NTC）作为抑制器件。
5 F4 G& F/ v) p0 H9 F8 S
1.10 启动方法

% H' \% ?( F2 e, S4 E1 a& A
     在开关电源中，不适用工频变压器会带来系统启动的问题；关键的技术难度是在于，高频变压器在变化期开始工作前不能用于辅助电源供电。


1.11 软启动


5 a# J& `! I0 `7 W7 `      软启动常用来描述一种低应力的启动动作，通常用于脉宽调制变换器来减小变压器和输出电容的应力，减小变换器启东市输入电路的浪涌电流。
# P( N; p# _& F  c' q7 t      理想情况下，输入充电电泳在变换器工作开始前充满电，那样，变换器启动应延迟几个交流电源周期，从一个很窄的脉冲开始，逐渐增大脉冲宽度指导输出形成。实际情况是，脉冲宽度应该在变换器启动时是窄的，并在启动阶段逐渐增大脉冲宽度，这有以下几个原因：
) ?3 P4 v  a, W$ e  w: ^2 F      1）输出端存在相当大的电容；
4 b1 b$ f# `% r  K! `- E      2）宽脉冲施加于变压器，尤其是推挽拓扑电路时，磁通量会翻倍，磁芯存在较高的饱和风险;
3 z0 m5 u# C# f8 d      3)  PFC支路差模电感，基于楞次定律阻值电流变化的特点，如果在电感电流启动阶段被永续升高到达的值，要防止输出电压过冲是不可能的。
          备注：
             1、未完待续，先搭电源器件的框架，后面再抽时间往里面填充；
0 o9 S0 Q3 t7 j9 o; T+ v. P7 H             2、若有电源器件的相关问题或项目诉求，可联系电巢市场的同事，或发邮件至：fawenbo@eda365.com，将尽快解答。
) z( T; n0 w: B4 D- z2 w     
7 c4 O( z; d' H: n* Q* k; W0 H. z

xhz21906

电源方面很专业，学习学习！收益啊！

colin_fa

xhz21906 发表于 2020-2-14 10:27
电源方面很专业，学习学习！收益啊！

是的，电源器件方面有点实践积累

106552982

不错，学习了 ，感谢楼主。