开关电源培训资料优秀PPT.ppt
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1、1开开关关电电源源基基础础学学问问2009 年年 02月月2培训简介培训简介培训目的:本次培训作为一个基础学问讲培训目的:本次培训作为一个基础学问讲座,旨在使大家对开关电源的原理有一个座,旨在使大家对开关电源的原理有一个基本相识,熟悉电源的指标和测试,以及基本相识,熟悉电源的指标和测试,以及了解电源的牢靠性等学问。了解电源的牢靠性等学问。培训时间:培训时间:1 1小时小时培训地点:培训地点:3书目书目1.1.开关电源基本原理开关电源基本原理1.1 1.1 线性电源和开关电源比较线性电源和开关电源比较1.2 1.2 常用开关电源类别常用开关电源类别1.3 30W1.3 30W电源简介电源简介2.
2、2.常用电气指标即测试方法常用电气指标即测试方法2.1 2.1 测试仪器要求测试仪器要求 2.7 2.7 稳压精度稳压精度2.132.13抗电强度抗电强度2.2 2.2 最大输入电流最大输入电流 2.8 2.8 输出纹波即杂音输出纹波即杂音2.142.14绝缘阻抗绝缘阻抗2.3 2.3 启动冲击电流启动冲击电流 2.9 2.9 瞬态响应瞬态响应2.152.15效率效率2.4 2.4 交调测试交调测试 2.10 2.10开机延时开机延时2.162.16功率因素功率因素2.5 2.5 电压调整率电压调整率 2.11 2.11输出电压动态响应输出电压动态响应2.6 2.6 负载调整率负载调整率 2.
3、12 2.12爱护电路爱护电路3.3.电源牢靠性电源牢靠性41.1.开关电源基本原理开关电源基本原理1.1 1.1 线性电源和开关电源比较线性电源和开关电源比较 线性电源一般用工频变压器将市电高压沟通电转线性电源一般用工频变压器将市电高压沟通电转换为低压沟通电,再经整流滤波成为一个直流电压,换为低压沟通电,再经整流滤波成为一个直流电压,然后利用有源器件导通电阻的可变性将这个直流电然后利用有源器件导通电阻的可变性将这个直流电压降至设定的输出电压。下图为一个简洁的线性串压降至设定的输出电压。下图为一个简洁的线性串联稳压电路:联稳压电路:51.1 线性电源和开关电源比较 随着电子元件和磁性元件的发展
4、,越来越多的随着电子元件和磁性元件的发展,越来越多的电子设备运用了开关电源。因为开关电源有相比线电子设备运用了开关电源。因为开关电源有相比线性电源性电源1000倍以上的开关频率,因而在重量、体倍以上的开关频率,因而在重量、体积、效率等方面具有明显的优势。开关电源的运用积、效率等方面具有明显的优势。开关电源的运用越来越广泛,如邮电通信、军事装备、交通设施、越来越广泛,如邮电通信、军事装备、交通设施、仪器仪表、工业设备、医疗设备、家用电器等都越仪器仪表、工业设备、医疗设备、家用电器等都越来越多的应用了开关电源。来越多的应用了开关电源。61.1 线性电源和开关电源比较7 目前开关电源广泛接受的是目前
5、开关电源广泛接受的是PWM脉宽调制方式,即脉宽调制方式,即功率开关管的开关频率固定,通过调整开关管的导通、截功率开关管的开关频率固定,通过调整开关管的导通、截止时间来达到稳定输出电压的目的。止时间来达到稳定输出电压的目的。PWM开关电源可以开关电源可以实现实现AC-DC、DC-DC、DC-AC等升降压变换,依据电等升降压变换,依据电路拓扑的方式又基本可分为反激式、正激式、推挽式、半路拓扑的方式又基本可分为反激式、正激式、推挽式、半桥式、全桥式等等,还有一些从这些基本拓扑演化出来的桥式、全桥式等等,还有一些从这些基本拓扑演化出来的其他方式。其他方式。1.2 常用开关电源类别81.2 常用开关电源
6、类别1.反激式反激式 主要应用于小功率电源(主要应用于小功率电源(100W100W以下)以下)变压器主要作用为电压变换和储能。变压器主要作用为电压变换和储能。2.正激式正激式 用于中大功率电源(用于中大功率电源(500W500W)左右,)左右,变压器作为电压变换,输出有一个变压器作为电压变换,输出有一个储能电感,开关管截止时释放能量。储能电感,开关管截止时释放能量。图二位双关正激的电路,功率可做图二位双关正激的电路,功率可做得更大一些。得更大一些。91.2 常用开关电源类别3.半桥电路半桥电路 可做大功率电源,输入开关管电压可做大功率电源,输入开关管电压应力较低,输出全波整流效率高。应力较低,
7、输出全波整流效率高。101.3 开关电源简介下面我们用一个下面我们用一个500W电源来介绍开关电源的各个组成部分及功能:电源来介绍开关电源的各个组成部分及功能:EMI电路PFC防浪涌电路整流滤波AC-DC变换PWM控 制器输入过欠压保护整流滤波输出稳压控制输出过流保护DC-DC变换PWM控制输出过流保护输出过压保护输入告警111.3 30W电源简介输出整流滤波功率变压器MOS管输入整流滤波输入防浪涌电流EMI滤波PWM限制IC121.3 30W电源简介EMI电路:电源工作时,电源的功率开关管、变压器处于高频的开关状态,电压、电流的快速跳变会产生很干扰噪音,而EMI电路主要是阻挡这些干扰噪声串入
8、电网影响其它的电子设备,也能防止一部分电网的干扰噪音进入电源造成干扰。防浪涌电路:开机瞬间,输入沟通经整流后给滤波电容充电,这时的充电电流特别大,简洁造成整流桥、输入保险丝的损坏,通过输入串接电阻,防止输入瞬间点流过大,爱护整流桥、保险丝等器件。PWM限制:由PWM限制芯片及外围电路组成,IC自身产生固定的开关频率,驱动功率开关管,依据输出反馈的信号,限制功率开关管的导通和截止时间,达到使输出稳压的目的。功率(开关)变压器:依据电路的方式作用也不同,但有一点是共同的,即通过初次极的匝比变更,可以得到不同的输出电压。132.常用电气指标即测试方法2.1 测试仪器要求全部测试设备(计量用)应具有足
9、够的辨别率、精确度和稳定度,以保证误差极限不超过规定量值的2%。测量仪器的误差应符合GB6592。电压表、电流表的精度不低于0.5级。测量端被测电源的源电压输入端与被测电源的全部输出端为测量端。142.2 最大输入电流指标定义:在允许的工作条件下,电源可能达到的最大输入电流。指标定义:在允许的工作条件下,电源可能达到的最大输入电流。测试条件测试条件a a、电源工作电压为其输入电压范围的下限值。、电源工作电压为其输入电压范围的下限值。b b、电源所带负载为最大负载条件。、电源所带负载为最大负载条件。测试方框图测试方框图测试方法测试方法a a、先如图布置好测试电路。、先如图布置好测试电路。b b、
10、给电源供应最低的输入电压并给电源带上最大的负载,这都是在测、给电源供应最低的输入电压并给电源带上最大的负载,这都是在测 试条件允许状况下的。试条件允许状况下的。c c、读取沟通或直流电流表的数值,此即为最大输入电流。、读取沟通或直流电流表的数值,此即为最大输入电流。被测电源最大负载交流或直流电流表SW供电电源152.3 启动冲击电流 指指标标定定义义:即为电源在输入开启的瞬间在输入线路上产生的最大瞬间电流。(由EMI电路引起的s级电流不在考虑之内)测试条件测试条件a、电源输出满载。b、启动电流测试装置(或供电电源)的输入电压为电源工作电压上限值,但测试装置的输入电压不应超过300Vac。c、电
11、源应区分为热态(电源已满载工作5分钟以上)与冷态(电源已停止工作10分钟以上)。测试方框图测试方框图供电电源启动电流测试工装数字示波器被测电源满载162.3 启动冲击电流 测试方法测试方法针对电源输入电压的凹凸而运用不同的测试工装,测试方框图如上图针对电源输入电压的凹凸而运用不同的测试工装,测试方框图如上图1 1、2 2,测试方法如下:测试方法如下:一、电源输入高电压(一、电源输入高电压(Vin75VVin75V)a a、先如上图、先如上图1 1接好测试电路。接好测试电路。b b、先先把把数数字字示示波波器器调调到到自自动动触触发发捕捕获获状状态态(一一般般:v/divv/div:1 1或或2
12、V2V,time/div:5ms,trigger level:1V,trigger Mode:Normal,slope:time/div:5ms,trigger level:1V,trigger Mode:Normal,slope:)c c、再再给给启启动动电电流流测测试试装装置置充充电电(K1K1开开),充充电电稳稳定定后后即即可可给给被被测测电电源源加加上上启动电流(先启动电流(先K3K3开后开后K4K4开)开)d d、示示波波器器捕捕获获到到信信号号后后,把把K1K1、K3K3、K4K4关关,K2K2开开把把启启动动电电流流测测试试工工装装里里面面的电荷放掉,以免产生电击危急。的电荷放掉
13、,以免产生电击危急。e e、示示波波器器捕捕获获到到的的尖尖刺刺峰峰值值(如如:1.5V1.5V)乘乘以以1010(15V15V)即即为为启启动动冲冲击击电电流流的数值(即为的数值(即为15A15A)172.3 启动冲击电流 二、电源输入低电压(Vin75V)a、先如上图2接好测试电路。b、先把数字示波器调到自动触发捕获状态(一般:v/div:1V,time/div:5ms,trigger level:1V,trigger Mode:Normal,slope:)。c、合上开关K,让电源工作,示波器即会捕获到一上冲信号,d、用信号上冲电压幅度(V)除以0.1即为启动冲击电流值。182.4 交调测
14、试指指标标定定义义:在在相相应应的的输输入入电电压压范范围围内内(取取范范围围下下限限、额额定定电电压压、范范围围上上限限三三点点),对对各路输出分别为小载或满载条件进行正交后进行输出电压的测试。各路输出分别为小载或满载条件进行正交后进行输出电压的测试。测试条件测试条件 a a、输入电压分别为范围下限,额定值、范围上限。、输入电压分别为范围下限,额定值、范围上限。b b、负载条件为各路的小载及满载的正交。、负载条件为各路的小载及满载的正交。测试方框图测试方框图测试方法测试方法a a、先先如如图图连连接接好好测测试试电电路路,对对于于每每一一路路输输出出都都应应准准备备小小载载、满满载载。假假如
15、如负负载载调调整整率率、稳压精度的限值用百分比表示,则应进行额定输入电压下的全部半载测量。稳压精度的限值用百分比表示,则应进行额定输入电压下的全部半载测量。b b、对于各种正交状况,应统一汇制成一张记录表格。、对于各种正交状况,应统一汇制成一张记录表格。c c、对于每一种状况都进行测试并记录数据。、对于每一种状况都进行测试并记录数据。d d、此此交交调调测测试试记记录录数数据据作作为为计计算算输输出出电电压压范范围围,电电压压调调整整率率、负负载载调调整整率率,稳稳压压精精度度的原始数据。的原始数据。小载满载满载小载可调供电电源被测电源192.5 电压调整率指指标标定定义义:即即为为电电源源稳
16、稳定定输输出出电电压压对对电电源源输输入入电电压压的的变变更更(最最小小值值最最大大值值)的的调整性。调整性。计算方法计算方法a a、负负载载电电流流为为额额定定值值(满满载载电电流流),源源电电压压为为标标称称值值时时,测测出出稳稳定定输输出出电电压压UOUO(可从(可从5.4.35.4.3测试数据中得到)。测试数据中得到)。b b、负负载载电电流流为为额额定定值值时时,求求出出源源电电压压从从最最小小值值(下下限限)到到最最大大值值(上上限限)时时输输出电压的最大值与最小值出电压的最大值与最小值U U(从(从4.3.44.3.4测试数据可测试数据可 得)。得)。c c、电压调整率、电压调整
17、率=U-Uo 100%=U-Uo 100%UoUod d、对于多路输出,其它各路应与被测一路同时带满载。、对于多路输出,其它各路应与被测一路同时带满载。202.6 负载调整率指指标标定定义义:即即为为电电源源稳稳定定输输出出电电压压对对电电源源负负载载电电流流的的变变更更(小小载载满满载载)的的调调整整性。性。计算方法计算方法a a、源电压为标称值,负载电流为额定值的一半,测出输出电压整定值、源电压为标称值,负载电流为额定值的一半,测出输出电压整定值UOUO。b b、源源电电压压为为标标称称值值,负负载载电电流流在在额额定定值值(满满载载)与与最最小小值值(小小载载)之之间间变变更更,求出电源
18、稳定输出电压的最大值与最小值求出电源稳定输出电压的最大值与最小值U U。c c、负载调整率、负载调整率=(U-UO)/UO 100%=(U-UO)/UO 100%。d d、对于多路输出,其它各路输出应与被测一路同时带上小载或满载。、对于多路输出,其它各路输出应与被测一路同时带上小载或满载。212.7 稳压精度指指标标定定义义:在全输入电压范围及正交负载电流条件下电源稳定输出电压相对于其整定值的最大偏离比例范围。计算方法稳压精度=(U-UO)/UO 100%U为2.6中的输出电压范围上下限值。UO为输出电压整定值(输入电压为额定值,输出电流为一半额定电流时,测出的输出电压数值 222.8 输出纹
19、波即杂音指指标标定定义义:又又称称周周期期与与随随机机偏偏移移(PARDPARD),即即在在全全部部影影响响量量和和限限制制量量均均保保持持恒恒定定的的状状况况下下,在在规规定定的的带带宽宽内内,直直流流输输出出量量对对其其平平均均值值的的周周期期和和随随机机偏偏移移。对对规规定定带带宽宽的的周周期期与与随随机机偏偏移移而而言言。它它可可以以用用有有效效值值Vr.m.sVr.m.s与与(或或)峰峰峰峰值值(Vp-pVp-p)表示。)表示。测量条件测量条件a a、输入电压一般为额定值(具体依产品规格要求)。、输入电压一般为额定值(具体依产品规格要求)。b b、各路输出一般带上满载。、各路输出一般
20、带上满载。c c、测测量量端端并并联联一一个个0.1F0.1F的的无无极极性性电电容容和和一一个个10F10F的的电电解解电电容容,如如产产品品规规格格无无要求则在测量端并联一个要求则在测量端并联一个0.1F0.1F的无极性电容。的无极性电容。测试方框图测试方框图C被测电源示波器、杂音计、选频表纯电阻负载供电电源232.8 输出纹波即杂音测试方法测试方法a a、先如图布置好测试电路。、先如图布置好测试电路。b b、对对于于测测试试纹纹波波应应把把示示波波器器TIME/DIVTIME/DIV调调至至10S10S左左右右,带带宽宽设设为为20MHz20MHz,测测量量到到的的周周期期偏离值即为纹波
21、偏离值即为纹波Vr.m.sVr.m.s。c c、对对于于输输出出杂杂音音电电压压测测试试,应应把把示示波波器器TIME/DIVTIME/DIV调调至至0.5S0.5S以以便便于于测测量量其其随随机机偏偏移移的的峰峰峰峰值值杂杂音音电电压压(VP-PVP-P),示示波波器器带带宽宽设设为为20MHz20MHz,在在电电源源输输出出功功率率范范围围内内调调整整电电源源输出负载,使输出负载,使Vp-pVp-p达到最大值。达到最大值。242.9 瞬态响应(开关机瞬态,负载瞬态)测试条件测试条件a、开关机过冲电源输出各种负载组合。输入电压全范围。b、负载跃迁负载电流为标称值的25%50%25%和50%7
22、5%50%。输入电压在全电压范围内。测试方框图测试方框图供电电源被测电源电子负载数字示波器252.9 瞬态响应(开关机瞬态,负载瞬态)测试方法测试方法a a、如图布置好测试电路、如图布置好测试电路b b、将数字示波器设置到正常捕获状态。、将数字示波器设置到正常捕获状态。SLOPESLOPE为。为。c c、然然后后即即可可开开启启电电源源,开开启启瞬瞬间间,示示波波器器即即会会捕捕获获到到一一过过冲冲信信号号,分分别别在在以以上上各各种种条条件件下下开开启启几几次次电电源源,取取其其中中最最大大者者,此此即为开机过冲幅度。即为开机过冲幅度。d d、当当电电源源在在工工作作时时 ,关关闭闭电电源源
23、,示示波波器器即即会会捕捕获获到到输输出出电电压压下下降降信信号号,测测量量电电压压在在下下降降之之前前的的过过冲冲值值,在在各各种种条条件件下下多多关关闭闭几次电源,取其中最大者,即为关机过冲幅度。几次电源,取其中最大者,即为关机过冲幅度。e e、将将示示波波器器设设为为自自动动状状态态,把把电电子子负负载载设设为为动动态态模模式式(在在25%25%与与50%50%额额定定电电流流之之间间阶阶跃跃或或在在50%50%与与75%75%额额定定电电流流之之间间阶阶跃跃),开开启启电电源源及及电电子子负负载载,测测量量其其瞬瞬态态过过冲冲幅幅度度及及瞬瞬态态复复原原时时间间(可可调调整整电电子子负
24、负载载的的开开关关周周期期时时间间以以获获得得易易于于测测量量的的波波形形;过过冲冲幅幅度的测量需剔除毛刺部分)。度的测量需剔除毛刺部分)。262.9 瞬态响应(开关机瞬态,负载瞬态)272.10 开机延时指标定义:即自给电源供应工作电压到电源起先产生稳定输出之时间即为开机延时。指标定义:即自给电源供应工作电压到电源起先产生稳定输出之时间即为开机延时。测试条件测试条件a a、电源输出满载。、电源输出满载。b b、电源工作电压为额定值。、电源工作电压为额定值。测试方框图测试方框图测试方法测试方法a a、如图布置好测试电路。、如图布置好测试电路。b b、将将数数字字示示波波器器调调整整到到相相应应
25、的的设设置置,开开启启供供电电开开关关,即即可可捕捕获获到到电电源源输输入入电电信信号号及及输输出出信信号。号。c c、从从示示波波器器上上测测出出电电源源刚刚接接受受输输入入之之时时到到电电源源刚刚起起先先产产生生稳稳定定输输出出量量之之时时的的间间隔隔,即即为为开开机延时。机延时。d d、为保证测试数据的精确,测试之前必需把电源输入电容的电荷放完。、为保证测试数据的精确,测试之前必需把电源输入电容的电荷放完。满载被测电源供电电源数字示波器282.11 输出电压动态响应输出电压保持时间输出电压保持时间 指标定义:即在电源关断输入后,其稳定输出电压仍旧维持在所规定范围内的时间。指标定义:即在电
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