電源技術培訓資料ppt課件

1、1長虹欣銳介紹開關電源的基本原理與應用基礎性培訓資料 研發(fā)中心 趙田才2011-8-22.目 錄開關電源的基本概念和分類 開關電源設計的要點和平板電視電源的趨勢 開關電源的一般拓撲結(jié)構(gòu) PDP-TV電源的基本原理 平板電視電源的主要測試指標 開關電源系統(tǒng)排版的基本要求 中國強制認證-CCC 電源的EMC設計和對策 電源的安全設計.開關電源的基本概念和分類1、電源的重要性：電源就如人的心臟，是所有用電設備的動力；2、開關電源的概念：凡是半導體功率器件作為開關，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)變成為另外一種形態(tài)的主電路都叫做開關變換器電路，轉(zhuǎn)變時用自動控制閉環(huán)穩(wěn)定輸出并有保護環(huán)節(jié)成為開關電源（SMPS：Switc

2、hing Mode Power Supply ）;3、離線式開關變換器（Off-Line Switching Converter）:是AC-DC變換，也常稱做開關整流器，它不單指整流的意義，而且整流后又作了DC-DC變換；AC（alternating current），DC（direct current）；4、PWM開關變換器：凡是采用脈寬控制方式控制電子開關的的開關變換器；.開關電源的基本概念和分類開關電源的分類： 1、按照控制方式分為：PWM方式、諧振方式和二者結(jié)合方式；2、按照是否采用變壓器隔離可以分為:隔離式和非隔離式3、按照拓撲結(jié)構(gòu)可以分為：BUCK、BOOST、RCC（反激）、HB

3、（半橋）、FB（全橋）等；4、按照激勵方式可以分為：自激式和他激式；5、按照諧振方式可以分為：電壓諧振式和電流諧振式；.開關電源設計的要點和平板電視電源的趨勢確保設計的可靠性：驗證余量驗證參數(shù) 分析和排除故障：高效率、低噪聲：成本最優(yōu)化:滿足標準:安全質(zhì)量薄型化：LCD電源板上高度已經(jīng)低于8mm；PDP電源板上高度已經(jīng)低于17mm；高效率：目前的整個電源系統(tǒng)可以實現(xiàn)83%以上的效率；低待機功耗：專用模塊已經(jīng)實現(xiàn)低于0.1W的水平，一般在0.5W以下；高可靠性：MTBF(平均連續(xù)無故障時間)10萬小時；低成本：單體電源的單位功率價格小于0.5元；.開關電源的基本拓撲結(jié)構(gòu)1、BUCK拓撲(降壓式變

4、換電路)：重要公式:Vout=DxVin Vout=Vin-Ldi/dt(開關管打開時).開關電源的基本拓撲結(jié)構(gòu)2、BOOST拓撲結(jié)構(gòu)(升壓式變換電路):重要公式: Vout=Vin+Ldi/dt.開關電源的基本拓撲結(jié)構(gòu)1、PF的定義：在交流電路中，電壓與電流之間的相位差()的余弦叫做功率因數(shù)，用符號cos表示，在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即cos=P/S2、PFC技術：為了解決輸入電流波形畸變和降低電流諧波含量，開關電源需要使用功率因數(shù)校正（PFC）技術。PFC技術使得電流波形跟隨電壓波形，將電流波形校正成近似的正弦波。未加PFC電路電網(wǎng)輸入電壓電流波形應用：以PFC(Po

5、wer Factor Correction)技術為例.開關電源的基本拓撲結(jié)構(gòu)典型的PFC控制模式DCM模式.開關電源的基本拓撲結(jié)構(gòu)1、一種峰值檢測PFC控制框圖.開關電源的基本拓撲結(jié)構(gòu)2、RCC（反激拓撲結(jié)構(gòu)）.開關電源的基本拓撲結(jié)構(gòu)3、RCC（反激拓撲結(jié)構(gòu)）-電流流向、波形1.開關電源的基本拓撲結(jié)構(gòu)3、RCC（反激拓撲結(jié)構(gòu)）-電流流向、波形2及全周期波形.開關電源的基本拓撲結(jié)構(gòu)4、LLC（諧振半橋拓撲結(jié)構(gòu)串聯(lián)諧振方式）在負載較重時原邊電流看作近似為正弦波,高次諧波可以忽略，只有基波的能量傳到整流器負載較輕時，IIN為非正弦波，基波和高次諧波的能量一起傳到整流器.輸入電壓范圍90Vac264V

6、ac工作電壓范圍100Vac240Vac輸入頻率范圍47Hz-63Hz最大交流輸入電流根據(jù)電源設計規(guī)格確定，在100Vac輸入最大輸出負載下測試最大冷機啟動沖擊電流60Amax電源效率（額定負載）83% Min諧波電流符合EN61000-3-2 /GB17625.1 D類標準要求1、輸入特性：待機功率：在220Vac輸入下,輸出功率470mW下，輸入功率1WPDP-TV電源的基本原理-電源基本技術規(guī)格.名稱輸出電壓調(diào)整率最小電流（A） 特征電流（A）最大電流（A）電壓范圍(V)屏部分Vs+207V+/-2%0.11.21.4Adjustable（+200-+210）Va+55V+/-5%0.1

7、0.71.5Adjustable (+50-+57)Vg+15.2V+/-3%0.10.30.5+14.75-+15.7D5V+5.2V+/-5%0.10.52.04.94-5.46機芯部分VAMP +15.2V0.122.5+14.75-+18A15.2V+15.2V+5%/-3%0.11.21.8+14.75-+16VSTB+5.2V+/-3%0.021.41.75.05-5.35A5V+5.2V+/-3%0.13.33.85.05-5.352、輸出特性：注：1、整機最大輸入功率：在輸入電壓100Vac240Vac,總輸入功率450W；PDP-TV電源的基本原理-電源基本技術規(guī)格.PDP-

8、TV電源的基本原理-電源圖片PM50H2000模組用開關電源-HSP400-5S01.HSP400-5S01電源原理圖.PDP電源的時序要求1、遙控開關機時序要求：REMOCON OFFREMOCON ONACMax 1secMax 200msMax 500ms1.5 2.0secMax 60msRising : Max 400ms 5VSTB ACD PS_ON Relay Sig D5V VS_ON (From Logic) VAMin 30msRising : Max 600ms VSMax 25ms.PDP電源的時序要求2、交流開關機時序要求：ACMax 1secMax 200msMa

9、x 25msMax 500ms1.5 2.0secMax 60msAC OFFREMOCON ONMin 40ms 5VSTB ACD D5V VS_ON (From Logic) VAMin 30msMin 50msMax 25msRising : Max 600ms VSRising : Max 600msMax 25msPS_ON Relay Sig.平板電視電源的測試-開關電源的測量控制電路線電壓VDS (Sat)線電流VONVGS浪涌電流紋波電流浮地測量關斷特性紋波電壓VDS X IDS = Power線電流諧波功率因素測量參考地有功功率視在功率.平板電視電源的測試-電源電性能測試系

10、統(tǒng)AP015 DC - 50 MHz 電流探頭DSC015 通道延遲校準PMA2電源分析軟件DXC100A 差分探頭對DA1855A 100Mz 差分放大器具全ProBus 控制LeCroy 數(shù)字示波器備注：電源測試時的隔離：在進行電源初級端測試時需要用隔離變壓器進行隔離，以免造成危險；.平板電視電源的主要測試指標-輸入特性輸入電壓范圍（Input Voltage Range ） ：電源系統(tǒng)允許的供電系統(tǒng)（市電）提供的電壓變化的范圍；工作電壓范圍（ Operation Voltage Range）：電源系統(tǒng)在額定負載下符合客戶標準要求下的電壓范圍； 輸入頻率范圍 （Input Frequenc

11、y Range） ：供電系統(tǒng)（市電）提供的電源頻率的范圍，一般在47Hz-63Hz；最大輸入電流 （Maxium Input Current） ：電源系統(tǒng)在最低輸入電壓和最大負載下的平均輸入電流；最大沖擊電流 （Maxium Impact Current）：一般是指用電器給電一瞬間在其內(nèi)部產(chǎn)生的最大電流； 電源效率（Power Supply Efficiency）： 在一定的輸出負載下，電源的輸出功率與輸入功率之比；功率因數(shù)（Power Factor） ：在交流電路中，電壓與電流之間的相位差()的余弦叫做功率因數(shù)，用符號cos表示，在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即cos=P/S

12、 ;待機功耗(Stand-by Input Power)：在額定輸入要求下整機處于待機時電源的輸入功率；.開關電源的主要測試指標-輸出特性最大輸出功率 (Maximum output power)：各輸出部分最大功率的總和；額定輸出功率(Output Power Rating)：電源可以在一定的環(huán)境溫度下，持續(xù)的輸出的一定的功率，要求輸出電壓、紋波等指標滿足標準，轉(zhuǎn)換效率沒有劇烈變化，MTBF數(shù)值也滿足一定的水準。負載調(diào)整率(Load Regulation): 當負載從最小變化到最大，其它參數(shù)保持恒定時電壓的變化率，百分比表示的輸出電壓的變化。 交叉調(diào)整率（The definition of

13、cross-regulation）：多路輸出電源中由于其中一個負載變化時引起的其他電壓的變化率。最大紋波電壓(Maximum Ripple Voltage):在額定輸出電壓和負載電流下，輸出電壓的紋波（包括噪聲）的絕對值的大小，通常以峰峰值或有效值表示。 輸出電壓的保持時間(Holding Time Of Output Voltage ) ：當輸入電壓關斷后，某一輸出電壓下降到額定值的90%（或者70%）所經(jīng)歷的時間。開關機時序（Timing Sequence Of Power On-off）：整機開關機過程中電源各輸出電壓啟動或者關斷需要遵守的時間要求。.開關電源的主要測試指標-保護特性欠壓

14、保護（ Under Voltage Protection ）:包括輸入欠壓保護、輸出欠壓保護，開關電源電路的一個特征，在輸入輸出端出現(xiàn)不正常的低電壓時保護開關電源和負載；過壓保護（Over Voltage Protection）:包括輸入過壓保護、輸出過壓保護 ，開關電源電路的一個特征，在輸入輸出端出現(xiàn)不正常的高電壓時保護開關電源和負載； 過流保護（Over Current Protection）:當輸出電流超過設定電流時候，設備自動斷電，以保護設備。 過載保護（Over Power Protection ）：指電源的負載繼續(xù)上升，達到某個點了電源就自動斷電，以免出現(xiàn)過流損壞電源或者電腦的其他

15、部件。 OPP 值通常是額定功率的 1.3 倍左右。 短路保護（Short-circuit Protection ）：一種極端的過載保護，當電源輸出端出現(xiàn)短路時，電源系統(tǒng)自動關閉，保證相關（主要）器件不損壞的一種保護。.開關電源的主要測試指標-安全特性絕緣阻抗（Insulation Resistance） ：某絕緣體阻擋到底是多少 ，特別是在高壓下，容易存在擊穿等現(xiàn)象，使得物體阻抗突然變化， DC 500V100M 歐 ；絕緣耐壓（ Insulation Voltage）：可連續(xù)(例1分鐘)加到輸入端和輸出端，輸入端和底板，輸出端和底板之間的最大交流或直流電壓。一般輸入端和輸出端之間的絕緣電壓

16、可達3000Vac ；安全距離 (Safe Distance ):為了防止人體觸及或接近帶電體等造成的危險，在其間所需保持的空間距離。 漏電流 (Sink Current )：開關電源中為了減少干擾，按照國標，必須設有EMI濾波器電路。由于EMI電路的關系，使得在開關電源在接上市電后對地有一個微小的電流，這就是漏電流。電源一次側(cè)和二次側(cè)之間在標準輸入電壓要求下所流過的電流值；溫升測試(Temp-rise Check)：在環(huán)境溫度保持一定的情況下，對于被測物體的溫度進行測試并進行換算的一種測試；.開關電源的主要測試指標-電磁兼容特性電磁干擾測試（EMI Check)：傳導測試：輻射測試：諧波電流

17、：電磁抗干擾測試(EMS Check)：浪涌試驗：射頻電磁場輻射抗擾度：射頻場感應的傳導騷擾抗擾度：靜電放電試驗：。以上試驗都屬于型式試驗。.開關電源的主要測試指標-其他特性可靠性測試（Reliability Check）：MTBF（Mean time between failures）：在開關電源保持其電氣特性和合理的平均故障間隔時間的時間。用小時表示的開關電源的故障率，通常在25和良好接地環(huán)境中用MIL-HDBK-217F計算。 降額設計：為了提升電子設備的可靠性而常用，主要是指構(gòu)成電子設備的元器件使用中所承受的應力（電應力和溫度應力）低于元器件本身的額定值，以達到延緩其參數(shù)退化，增加工作

18、壽命，提高使用可靠性的目的。 溫升測試（Temp. Rise Check）：針對電源系統(tǒng)中關鍵器件或者組件的溫度測試，主要是考量電源產(chǎn)品的安全性和可靠性。高低溫沖擊測試(High-low Temperature Impact Check )：模擬溫度瞬變下進行的例行試驗，保證器件不出現(xiàn)性能下降或者開裂等現(xiàn)象。當然不同的系統(tǒng)要求有很大的差別。工作環(huán)境(Operation Ambient) ：周圍溫度（Ambient Temperature）: 目標溫度和SMPS周圍靜止空氣的溫度，在距離電源最小為100mm處測得。 根據(jù)MIL-STD-810E: 除了必要的支撐點，測試單元應完全出于空氣的包圍中

19、。周圍空氣的溫度梯度應為測量溫度的2之內(nèi)且不超過1每米。風道測試（Air Passage Check）: 根據(jù)電源系統(tǒng)所處環(huán)境的空氣對流情況進行的模擬測試，一般采用煙道法、蒸氣法等，最終確定風道設計是否合理。.開關電源PCB排版的基本要求基礎知識1、何為PCB：（Printed Circuit Board ）印刷電路板：簡單的說就是置有集成電路和其他電子組件的薄板。2、分類：1）根據(jù)電路層數(shù)分類：分為單面板、雙面板和多層板。常見的多層板一般為4層板或6層板，復雜的多層板可達十幾層。2）根據(jù)軟硬進行分類：分為普通電路板和柔性電路板。3、PCB的原材料：覆銅箔層壓板是制作印制電路板的基板材料。它用

20、作支撐各種元器件，并能實現(xiàn)它們之間的電氣連接或電絕緣。4、PCB的顏色和作用：通常PCB的顏色都是綠色、棕色、紅色或者黑色，這是阻焊漆（solder mask）的顏色。是絕緣的防護層，可以保護銅線，也可以防止零件被焊到不正確的地方。在阻焊層上還會印刷上一層絲網(wǎng)印刷面（silk screen）。通常在這上面會印上文字與符號（大多是白色的），以標示出各零件在板子上的位置。5、器件的固定：為了將零件固定在PCB上面，我們將它們的接腳直接焊在布線上在最基本的PCB（單面板）上，零件都集中在其中一面，導線則都集中在另一面這么一來我們就需要在板子上打洞，這樣接腳才能穿過板子到另一面，所以零件的接腳是焊在另

21、一面上的，PCB的正反面分別被稱為零件面（Component Side）與焊接面（Solder Side）。.開關電源PCB排版的基本要求布線和安裝要求電源電路的誤動作，噪聲，損耗等與電路板的排版和安裝條件有關，所以必須注意電路板的排版和元器件的安裝。一般原則： 1、將流過高頻電流的線路配粗線，元器件間用短線，以降低配線的阻抗。 2、如圖所示，在對高頻電流的回路部分的配線，要盡可能使回路的環(huán)內(nèi)面積小。 3、電路中的地線，公共線是輻射噪聲源之一，盡可能使用粗，短的布線。 4、開關電源中存在高頻，高壓的回路，在考慮安全規(guī)格的同時，注意元件排版和安裝間的距離。電流從哪里來，最快的讓它到哪里去！.中國

22、強制認證-CCC國家質(zhì)量總局（AQSIQ）+ 國家認證監(jiān)委會（CNCA） CCC中國強制認證 CCC=China Compulsory CertificationCCC 共有9家認證機構(gòu)，其中涉及EMC認證只有2家： 1：中國質(zhì)量認證中心（CQC） Safety , Safety & EMC2：中國電磁兼容認證中心（CEMC） EMC, Safety & EMC3C標志：.中國強制認證-CCC針對電視產(chǎn)品國家安全和EMC主要標準：1) GB4943信息技術設備（包括電氣事務設備）的安全2) GB13837聲音和電視廣播接收機及有關設備無線電騷擾特性限值及測量方法3) GB17625.1 低壓電

23、氣及電子設備發(fā)出的諧波電流限值 （設備的每相輸入電流16A）4）GB8898音頻、視頻及類似電子設備 安全要求.電源的EMC設計和對策EMC：（Electromagnetic Compatibility ）電磁兼容性設計EMI產(chǎn)生的原因：就是電源在工作過程中產(chǎn)生的高di/dt和高dv/dt，它們產(chǎn)生的浪涌電流和尖峰電壓形成了干擾源；EMC包含了以下三個方面的含義：1、EMI電磁干擾：即處在一定環(huán)境中設備或系統(tǒng)，在正常運行時，不應產(chǎn)生超過相應標準所要求的電磁能量；2、EMS電磁敏感度：即處在一定環(huán)境中設備或系統(tǒng)，在正常運行時，設備或系統(tǒng)能承受相應標準規(guī)定范圍內(nèi)的電磁能量干擾，或者說設備或系統(tǒng)對于一定范圍內(nèi)的電磁能量不敏感，能按照設計性能保持正常的運行；3、電磁環(huán)境：即系統(tǒng)或設備的工作環(huán)境。.電源的EMC設計和對策電磁干擾：EMI（縮寫詞）由電磁騷擾引起的裝置、設備或系統(tǒng)性能的降低。EMI的定義是“由引起的性能降低”。這就意味著任何一個EMI問題就它的基本形式而言由三個部分組成（如圖所示）,即電磁干擾的三個條件： 1）發(fā)射器，即發(fā)射電磁騷擾的源，也叫做干擾源； 2）感受器，即表現(xiàn)出性能降低的敏感的裝置、設備