开关电源EMC总结.a

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开关电源EMC总结

时间:2013-03-14 来源:电源网作者:https://www.360docs.net/doc/2311855377.html,/dc/technical/201303/31415.html 开关电源EMC知识全面汇总,包括开关电源EMC的分类及标准,常用的EMC 标准及实验配置,关于制订电磁兼容标准的组织和标准的介绍,开关电源电磁干扰的产生机理及其传播途径,

EMC的分类及标准:

EMC(Electromagnetic Compatibility)是电磁兼容,它包括EMI(电磁骚扰)和EMS(电磁抗骚扰)。EMC定义为:设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何设备的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。EMC整的称呼为电磁兼容。EMP是指电磁脉冲。

EMC = EMI + EMS EMI : 電磁干擾EMS : 電磁相容性(免疫力)

EMI可分为传导Conduction及辐射Radiation两部分,Conduction规范一般可分为: FCC Part 15J Class B;CISPR 22(EN55022, EN61000-3-2, EN61000-3-3) Class B;国标IT类(GB9254,GB17625)和AV类(GB13837,GB17625)。FCC测试频率在450K-30MHz,CISPR 22测试频率在150K--30MHz,Conduction可以用频谱分析仪测试,Radiation则必须到专门的实验室测试。

EN55022为Radiation Test & Conduction Test (传导& 辐射测试);

EN61000-3-2为Harmonic Test (电源谐波测试) ;EN61000-3-3为Flicker Test (电压变动测试)。

CISPR22(Comite Special des Purturbations Radioelectrique)应用于信息技

术类装置, 适用于欧洲和亚洲地区;EN55022为欧洲标准,FCC Part 15 (Federal Communications Commission) 适用于美国,EN30220欧洲EMI测试标准,功率辐射测试标准是EN55013频率在30MHZ-300MHz。

EN55011辐射测试标准是:有的频率段要求较高,有的频率段要求较低。传

导(150KHZ-30MHZ) LISN主要是差模电流, 其共模阻抗为100欧姆(50 + 50); LISN主要是共模电流, 其总的电路阻抗为25欧姆(50 // 50)。

4线AV 60dB/uV 150KHZ-2MHZ start 9KHZ

5线PEAK 100dB/uV 150KHZ-3MHZ

6线PEAK 100dB/uV 2MHZ-30MHZ

7线QP 70dB/uV 150KHZ-500KHZ

Radiated (30MHZ-1GHZ): ADD 4N7/250V Y CAP 90dB/uV

30MHZ-300MHZ

EMI为电磁干扰,EMI是EMC其中的一部分,EMI(Electronic Magnetic Interference) 电磁干扰,EMI包括传导、辐射、电流谐波、电压闪烁等等。电磁干扰是由干扰源、藕合通道和接收器三部分构成的,通常称作干扰的三要素。EMI

线性正比于电流,电流回路面积以及频率的平方即:EMI = K*I*S*F2。I是电流,S是回路面积,F是频率,K是与电路板材料和其他因素有关的一个常数。

EMI是指产品的对外电磁干扰。一般情况下分为Class A & Class B 两个等级。Class A为工业等级,Class B 为民用等级。民用的要比工业的严格,因为工业用的允许辐射稍微大一点。同样产品在测试EMI中的辐射测试来讲,在30-230MHz 下,B类要求产品的辐射限值不能超过40dBm 而A类要求不能超过50dBm(以三米法电波暗室测量为例)相对要宽松的多,一般来说CLASS A是指在EMI测试条件下,无需操作人员介入,设备能按预期持续正常工作,不允许出现低于规定的性能等级的性能降低或功能损失。

EMI是设备正常工作时测它的辐射和传导。在测试的时候,EMI的辐射和传导在接收机上有两个上限,分别代表Class A和Class B,如果观察的波形超过B的线但是低于A的线,那么产品就是A类的。EMS是用测试设备对产品干扰,观察产品在干扰下能否正常工作,如果正常工作或不出现超过标准规定的性能下降,为A级。能自动重启且重启后不出现超过标准规定的性能下降,为B级。不能自动重启需人为重启为C级,挂掉为D级。国标有D级的规定,EN只有A,B,C。EMI 在工作頻率的奇数倍是最不好过的。

EMS(Electmmagnetic Suseeptibilkr) 电磁敏感度一般俗称为“电磁免疫力”, 是设备抗外界骚扰干扰之能力,EMI是设备对外的骚扰。

EMS中的等级是指:Class A,测试完成后设备仍在正常工作;Class B,测试完成或测试中需要重启后可以正常工作;Class C,需要人为调整后可以正常重启并正常工作;Class D,设备已损坏,无论怎样调整也无法启动。严格程度EMI是B>A,EMS是A>B>C>D。

常用的EMC标准及试验配置

EMS部份为EN55024包含7项测试:

EN61000-4-2:1998;

EN61000-4-3:1998;

EN61000-4-4:1995,

EN61000-4-5:1995;

EN61000-4-6:1996;

EN61000-4-8: 1993;

EN61000-4-11:1994。

EMC检测主要项目:

空间辐射(Radiation): EN55011,13,22 FCC Part 15&18, VCCI

传导干扰(Conduction): EN55011,13,14-1,15,22, FCC Part 15&18, VCCI

喀呖声(Click): EN55014-1

功率辐射(Power Clamp): EN55013,14-1

磁场辐射(Magnetic Emission): EN55011,15

低频干扰(Low Frequency Immunity): EN50091-2

静电放电(ESD): IEC61000-4-2、EN61000-4-2、GB/T17626.2

辐射抗扰度(R/S): IEC61000-4-3、EN61000-4-3 、GB/T17626.3

脉冲群抗扰度(EFT/B): IEC61000-4-4、EN61000-4-4 、GB/T17626.4

浪涌抗扰度(SURGE): IEC61000-4-5、EN61000-4-5、GB/T17626.5

传导骚扰抗扰度(C/S): IEC61000-4-6、EN61000-4-6 、GB/T17626.6

工频磁场抗扰度(M/S): IEC61000-4-8、EN61000-4-8、GB/T17626.8

电压跌落(DIPS): IEC61000-4-11、EN61000-4-11、GB/T17626.11

谐波电流(Harmonic): IEC61000-3-2、EN61000-3-2

电压闪烁(Flicker): IEC61000-3-3、EN61000-3-3

辐射干扰(Radiated Interference)是通过空间并以电磁波的特性和规律传播的。但不是任何装置都能辐射电磁波的。传导干扰(Conducted Interference)是沿着导体传播的干扰。所以传导干扰的传播要求在干扰源和接收器之间有一完整的电路连接。

电磁兼容三要素:任何电磁兼容性问题都包含三个要素,即干扰源、敏感源和耦合路径,这三个要素中缺少一个,电磁兼容问题就不会存在。

产生电磁干扰的条件: 突然变化的电压或电流,即dV/dt或dI/dt很大;辐射天线或传导导体。

电磁兼容标准对设备的要求有两个方面:一个是工作时不会对外界产生不良的电磁干扰影响,另一个是不能对外界的电磁干扰过度敏感。前一个方面的要求称为干扰发射要求,后一个方面的要求称为敏感度要求。

电磁能量从设备内传出或从外界传入设备的途径只有两个,一个是以电磁波的形式从空间传播,另一个是以电流的形式沿导线传播。因此,电磁干扰发射可以分为:传导发射和辐射发射;敏感度也可以分为传导敏感度和辐射敏感度。

电磁兼容标准分为基础标准、通用标准、产品类标准和专用产品标准。

基础标准:描述了EMC现象、规定了EMC测试方法、设备,定义了等级和

性能判据。基础标准不涉及具体产品。

产品类标准:针对某种产品系列的EMC测试标准。往往引用基础标准,但根据产品的特殊性提出更详细的规定。

通用标准:按照设备使用环境划分的,当产品没有特定的产品类标准可以遵循时,使用通用标准来进行EMC测试。对使设备的功能完全正常,也要满足这些标准的要求

关于制订电磁兼容标准的组织和标准的介绍:

IEC(国际电工委员会):有两个平行的组织制订EMC标准,CISPR和TC77。

CISPR(国际无线电干扰特别委员会):1934年成立。目前有七个分会:A分会(无线电干扰测量方法与统计方法)、B分会(工、科、医疗射频设备的无线电干扰)、C分会(电力线、高压设备和电牵引系统的无线电干扰)、D分会(机动车和内燃机的无线电干扰)、E分会(无线接收设备干扰特性)、F分会(家电、电动工具、照明设备及类似电器的无线电干扰)、G分会(信息设备的无线电干扰)。

TC77(第77技术委员会):1981年成立。目前有3个分会:SC77A(低频现象)、SC77B(高频现象)、SC77C(对高空核电磁脉冲的抗扰性)。

CENELEC(欧洲电工标准化委员会):由欧共体委员会授权制订欧洲标准。EN 标准中引用了很多CISPR和IEC标准,其对应关系如下:

EN55××× = CISPR标准,(例:EN55011 = CISPR Pub.11)

EN6×××× = IEC标准,(例:EN61000-4-3 = IEC61000-4-3 Pub.11)

EN50××× = CENELEC自定标准,(例:EN50801 )

FCC(联邦通信委员会)全名为Federal Communications Commission:是管理电脑, 周边及通信产品等销售美国之审核授权机抅, 主要制订民用产品标准,关于电磁兼容的标准主要包括在FCC Part15和FCC Part 18中。

FCC Part 15 subpart B規定: 凡利用数位技術之电子裝置或系統, 及使用或产生脉波频率超过10KHz之器材,皆須依规定进行测试认证后, 才可以在美国市场销售。

MIL-STD(美军标):典型的是MIL-STD –461D。这个标准不仅规定了最大辐射发射和传导发射的限制,还规定了系统对辐射和传导干扰的敏感度要求。配套标准MIL-STD-462规定了必要的测试装置。商业公司经常将MIL-STD-461中的某些部分作为产品内部EMC规范。

VCCI(干扰自愿控制委员会):民间机构,其标准与CISPR和IEC一致。

GB(中国国家标准):基本采用CISPR和IEC标准,目前已发布57个。

GJB(中国军用标准):基本采用美军标,例如GJB151A = MIL-STD –461D。

军用设备

为军用设计的电子系统必须满足MIL-STD-461D的要求,另一个关于EMI 的军用标准是保密的TEMPEST计划,这是用来保证保密通信系统安全的。现在可以接收并复现出大多数电子设备政党工作时所发射的功率很低的射频信号。象对电

子窃听很脆弱的CRT终端那样的军用产品就属于TEMPEST的范畴。在实践中,TEMPEST控制设备和系统的发射,使无法解译携带信息的信号。

由于关于EMC的法规和标准十分复杂,关于信息技术设备的相关标准总结在表1.9中。一些标准的频率范围在图1-3中标明。

CE标示: 源自欧共体各会员国(European Community)缩写的总称, 並以此为标志。规范产品是否符合欧体为保障民众安全健康以及环境保护等利益所订定之基本安全要求。

CE = EMC + LVD EMC : 電磁干扰及电磁相容性LVD : 低电压指令

测量场地:GB要求在开阔场地中测量,GJB要求在屏蔽半无反射室中测量,由于电磁环境日趋恶化,开阔场中的背景干扰往往严重影响测量,因此,GB测量也开始在屏蔽半无反射室中做,但要求半无反射室中的电磁场分布与开阔场近似。

天线到EUT(受试设备)的距离:GB要求为3米、10米或30米,GJB要求为1米;

测量内容:GB仅测量电场辐射发射,GJB对电场辐射和磁场辐射都要测量;

测量频率范围:GB规定的测量范围为30MHz ~ 1GHz,随着时钟频率的升高,有扩展到18GHz的趋势,GJB规定的测量频率范围为10kHz ~ 18GHz。

EUT的布置:GB和GJB都要求EUT按照实际工作状态布置(互联电缆和所连接的外部设备全部按实际状态连接),GB要求EUT放置在木制测试台上,GJB 要求EUT放置在金属板上。距离地面的距离为0.8米;

检波方式:干扰测量仪的读数与检波方式有关,因此标准中都明确规定检波方式,GB要求准峰值检波,GJB要求峰值检波;

最大辐射点:与处理电磁兼容问题的原则相同,仅关心最坏情况。因此,以EUT的最大辐射值为测量结果。最大辐射值的含义有4个,第一:EUT的工作状态处于最大辐射状态,第二:EUT最大辐射面对着天线,第三:天线的极化方向为接收最大场强的方向,第四:天线的高度为接收最大场强的位置。GJB中,没有第四点的要求,即,天线的高度是固定的。

测量设备:

骚扰测量设备:用来定量计量骚扰强度的设备,可以是EMI测量接收机,也可以是频谱分析仪,频率范围要覆盖150KHz~30MHz,具有峰值、准峰值和平均值检波功能。

线路阻抗稳定网络(LISN):由于电源端子传导发射的强度与电网的阻抗有关,因此为了使测量具有唯一性,必须在特定的阻抗条件下测量,LISN就提供了这样一个环境,GB9254标准中使用的LISN为50Ω/50μH。

接地平板:受试设备要放置在接地金属板上进行试验,该金属板比被测设备边框大0.5米,最小尺寸为2m×2m。

电快速脉冲试验模拟电网中的感性负载断开时产生的干扰。这种干扰不仅会出现在电源线上,而且会耦合到信号线上。因此,这个试验要对电源线和信号线做。设备能够通过浪涌试验,并不意味着也能通过电快速脉冲试验。一方面是因为后者的频率成份远高于前者,具备不同的干扰机理,令一方面是因为电快速脉冲试验中施加的干扰是重复性,这对电路具有一种积分效应,是电路中的积分型抗干扰电路实效。

频谱分析仪能够快速地在较宽的频率范围内扫描,因此是诊断电磁干扰发射的方便工具。使用频谱分析仪时需要注意的问题:频谱分析仪不能观测瞬间干扰,如静电放电、雷电等;频谱分析仪的扫描时间不能设置得太短,即不能使扫描速度太快;从频谱分析仪屏幕上读取频率与幅度数据时,其精度与频谱仪的扫描范围有关,范围越窄,精度越高;当输入信号过大时,频谱分析仪会发生过载,使读取的幅度数据比实际的小,用输入衰减器可以避免过载;减小频谱仪的中频带宽可以提高仪器的灵敏度(和选择性),但扫描时间会更长;宽带信号的幅度会随着中频分辨带宽的增加而增加。

电磁干扰(EMI)接收机是另一种测量电磁干扰的设备,许多人在选购仪器时搞不懂接收机与频谱仪之间的区别,下面做一简单比较:

所有的接收机都标准配置预选器(频谱仪需要选配),能够有效地抑制带外噪声;所有的接收机用基频混频方式(频谱仪使用基频和谐频混频),具有较高的灵敏度;接收机的中频滤波器为矩形(频谱仪的中频滤波器为高斯形),具有更好的选择性;接收机适合于正式测量,不适合于诊断。

EMC试验室有华测(CTI)、SGS、信测、信华、华通威、冠准、莫特、广州ETL、广州五所、东莞经续、东莞沃特、厚街北南、长安世鸿、长安硕信(ATT)、大朗信宝、塘夏欧标、摩尔实验室、经续检验技术有限公司等。像美国的FCC只测EMI 中的辐射和传导,不测EMS。有些国家EMI和EMS是分开测的,有些国家是一起像CCC认证CE认证。现在很多电器类产品做CE还要加测电磁波骚扰EMF,标准是EN-50336。电源EMI技术就算能达到标准,有的产品要求要达一定的湿度测试。在深圳湿试控制都比较难做。深圳几家大实验室,都比较难,空间问题。EMI 不只包括传导,辐射,电流谐波与电压闪烁也是EMI的部分。谐波和闪烁是设备对外的,而不是外界对设备的,所以是EMI,不是EMS。

开关电源电磁干扰的产生机理及其传播途径

功率开关器件的高额开关动作是导致开关电源产生电磁干扰(EMI)的主要原因。开关频率的提高一方面减小了电源的体积和重量,另一方面也导致了更为严重的EMI问题。开关电源工作时,其内部的电压和电流波形都是在非常短的时间内上升和下降的,因此,开关电源本身是一个噪声发生源。开关电源产生的干扰,按噪声干扰源种类来分,可分为尖峰干扰和谐波干扰两种;若按耦合通路来分,可分为传导干扰和辐射干扰两种。使电源产生的干扰不至于对电子系统和电网造成危害的根本办法是削弱噪声发生源,或者切断电源噪声和电子系统、电网之间的耦合途径。现在按噪声干扰源来分别说明:

1、二极管的反向恢复时间引起的干扰

交流输入电压经功率二极管整流桥变为正弦脉动电压,经电容平滑后变为直流,但电容电流的波形不是正弦波而是脉冲波。由电流波形可知,电流中含有高次谐波。大量电流谐波分量流入电网,造成对电网的谐波污染。另外,由于电流是脉冲波,使电源输入功率因数降低。

高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过,在其受反偏电压而转向截止时,由于PN结中有较多的载流子积累,因而在载流子消失之前的一段时间里,电流会反向流动,致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化(di/dt)。

2、开关管工作时产生的谐波干扰

功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。例如正激型、推挽型和桥式变换器的输入电流波形在阻性负载时近似为矩形波,其中含有丰富的高次谐波分量。当采

用零电流、零电压开关时,这种谐波干扰将会很小。另外,功率开关管在截止期间,

高频变压器绕组漏感引起的电流突变,也会产生尖峰干扰。

3、交流输入回路产生的干扰

无工频变压器的开关电源输入端整流管在反向恢复期间会引起高频衰减振荡

产生干扰。开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量,通过开关电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称之为传导干扰;而谐波和寄生振荡的能量,通过输入输出线传播时,都会在空间产生电场和磁场。这种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。

4、其他原因

元器件的寄生参数,开关电源的原理图设计不够完美,印刷线路板(PCB)走线通常采用手工布置,具有很大的随意性,PCB的近场干扰大,并且印刷板上器件

的安装、放置,以及方位的不合理都会造成EMI干扰。这增加了PCB分布参数的提取和近场干扰估计的难度

Flyback 架构noise 在频谱上的反应

0.15 MHz处产生的振荡是开关频率的3次谐波引起的干扰。

0.2 MHz处产生的振荡是开关频率的4次谐波和Mosfet 振荡2(190.5KHz)

基波的迭加,引起的干扰;所以这部分较强。

0.25 MHz处产生的振荡是开关频率的5次谐波引起的干扰;

0.35 MHz处产生的振荡是开关频率的7次谐波引起的干扰;

0.39 MHz处产生的振荡是开关频率的8次谐波和Mosfet 振荡2(190.5KHz)

基波的迭加引起的干扰;

1.31MHz处产生的振荡是Diode 振荡1(1.31MHz)的基波引起的干扰;

3.3 MHz处产生的振荡是Mosfet 振荡1(3.3MHz)的基波引起的干扰;

开关管、整流二极管的振荡会产生较强的干扰

设计开关电源时防止EMI的措施:

1.把噪音电路节点的PCB铜箔面积最大限度地减小;如开关管的漏极、集电极,初次级绕组的节点,等。

2.使输入和输出端远离噪音元件,如变压器线包,变压器磁芯,开关管的散热片,等等。

3. 使噪音元件(如未遮蔽的变压器线包,未遮蔽的变压器磁芯,和开关管,等等)远离外壳边缘,因为在正常操作下外壳边缘很可能靠近外面的接地线。

4. 如果变压器没有使用电场屏蔽,要保持屏蔽体和散热片远离变压器。

5. 尽量减小以下电流环的面积:次级(输出)整流器,初级开关功率器件,栅极(基极)驱动线路,辅助整流器。

6.不要将门极(基极)的驱动返馈环路和初级开关电路或辅助整流电路混在一起。

7.调整优化阻尼电阻值,使它在开关的死区时间里不产生振铃响声。

8. 防止EMI滤波电感饱和。

9.使拐弯节点和次级电路的元件远离初级电路的屏蔽体或者开关管的散热片。

10.保持初级电路的摆动的节点和元件本体远离屏蔽或者散热片。

11.使高频输入的EMI滤波器靠近输入电缆或者连接器端。

12.保持高频输出的EMI滤波器靠近输出电线端子。

13. 使EMI滤波器对面的PCB板的铜箔和元件本体之间保持一定距离。

14.在辅助线圈的整流器的线路上放一些电阻。

15.在磁棒线圈上并联阻尼电阻。

16.在输出RF滤波器两端并联阻尼电阻。

17.在PCB设计时允许放1nF/ 500 V陶瓷电容器或者还可以是一串电阻,跨接在变压器的初级的静端和辅助绕组之间。

18.保持EMI滤波器远离功率变压器;尤其是避免定位在绕包的端部。

19.在PCB面积足够的情况下, 可在PCB上留下放屏蔽绕组用的脚位和放RC

阻尼器的位置,RC阻尼器可跨接在屏蔽绕组两端。

20.空间允许的话在开关功率场效应管的漏极和门极之间放一个小径向引线电

容器(米勒电容,10皮法/ 1千伏电容)。

21.空间允许的话放一个小的RC阻尼器在直流输出端。

22. 不要把AC插座与初级开关管的散热片靠在一起。

开关电源EMI的特点

作为工作于开关状态的能量转换装置,开关电源的电压、电流变化率很高,产生的干扰强度较大;干扰源主要集中在功率开关期间以及与之相连的散热器和高平变压器,相对于数字电路干扰源的位置较为清楚;开关频率不高(从几十千赫和数兆赫兹),主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰;而印刷线路板(PCB)走线通常采用手工布线,具有更大的随意性,这增加了PCB分布参数的提取和近场干扰估计的难度。

1MHZ以内----以差模干扰为主,增大X电容就可解决

1MHZ---5MHZ---差模共模混合,采用输入端并一系列X电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并解决;

5M---以上以共摸干扰为主,采用抑制共摸的方法.对于外壳接地的,在地线上用一个磁环绕2圈会对10MHZ以上干扰有较大的衰减(diudiu2006);对于

25--30MHZ不过可以采用加大对地Y电容、在变压器外面包铜皮、改变PCB LAYOUT、输出线前面接一个双线并绕的小磁环,最少绕10圈、在输出整流管两端并RC滤波器.

30---50MHZ 普遍是MOS管高速开通关断引起,可以用增大MOS驱动电阻,RCD缓冲电路采用1N4007慢管,VCC供电电压用1N4007慢管来解决.

100---200MHZ 普遍是输出整流管反向恢复电流引起,可以在整流管上串磁珠

100MHz-200MHz之间大部分出于PFC MOSFET及PFC 二极管,现在MOSFET及PFC二极管串磁珠有效果,水平方向基本可以解决问题,但垂直方向就很无奈了

开关电源的辐射一般只会影响到100M 以下的频段.也可以在MOS,二极管上加相应吸收回路,但效率会有所降低。

1MHZ 以内----以差模干扰为主

1.增大X 电容量;

2.添加差模电感;

3.小功率电源可采用PI 型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)。

1MHZ---5MHZ---差模共模混合,

采用输入端并联一系列X 电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并以解决,

1.对于差模干扰超标可调整X 电容量,添加差模电感器,调差模电感量;

2.对于共模干扰超标可添加共模电感,选用合理的电感量来抑制;

3.也可改变整流二极管特性来处理一对快速二极管如FR107 一对普通整流二极管1N4007。

5M---以上以共摸干扰为主,采用抑制共摸的方法。

对于外壳接地的,在地线上用一个磁环串绕2-3 圈会对10MHZ 以上干扰有较大的衰减作用;可选择紧贴变压器的铁芯粘铜箔, 铜箔闭环.处理后端输出整流管的吸收电路和初级大电路并联电容的大小

对于20--30MHZ,

1.对于一类产品可以采用调整对地Y2 电容量或改变Y2 电容位置;

2.调整一二次侧间的Y1 电容位置及参数值;

3.在变压器外面包铜箔;变压器最里层加屏蔽层;调整变压器的各绕组的排布。

4.改变PCB LAYOUT;

5.输出线前面接一个双线并绕的小共模电感;

6.在输出整流管两端并联RC 滤波器且调整合理的参数;

7.在变压器与MOSFET 之间加BEAD CORE;

8.在变压器的输入电压脚加一个小电容。

9. 可以用增大MOS 驱动电阻.

30---50MHZ 普遍是MOS 管高速开通关断引起,

1.可以用增大MOS 驱动电阻;

2.RCD 缓冲电路采用1N4007 慢管;

3.VCC 供电电压用1N4007 慢管来解决;

4.或者输出线前端串接一个双线并绕的小共模电感;

5.在MOSFET 的D-S 脚并联一个小吸收电路;

6.在变压器与MOSFET 之间加BEAD CORE;

7.在变压器的输入电压脚加一个小电容;

8.PCB 心LAYOUT 时大电解电容,变压器,MOS 构成的电路环尽可能的小;

9.变压器,输出二极管,输出平波电解电容构成的电路环尽可能的小。

50---100MHZ 普遍是输出整流管反向恢复电流引起,

1.可以在整流管上串磁珠;

2.调整输出整流管的吸收电路参数;

3.可改变一二次侧跨接Y电容支路的阻抗,如PIN脚处加BEAD CORE或串接适当的电阻;

4.也可改变MOSFET,输出整流二极管的本体向空间的辐射(如铁夹卡MOSFET; 铁夹卡DIODE,改变散热器的接地点)。

5.增加屏蔽铜箔抑制向空间辐射.

200MHZ 以上开关电源已基本辐射量很小,一般可过EMI 标准

开关电源测量的经验总结

开关电源测量的经验总结-标准化文件发布号:(9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

开关电源测量的经验总结 电子器件的电源测量通常情况是指开关电源的测量(当然还有线性电源)。讲述开关电源的资料非常多,本文讨论的内容为PWM开关电源,而且仅仅是作为测试经验的总结,为大家简述容易引起系统失效的一些因素。因此,在阅读本文之前,已经假定您对于开关电源有一定的了解。 1 开关电源简述 开关电源(Switching Mode Power Supply,常常简化为SMPS),是一种高频电能转换装置。其功能是将电压透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。 开关电源的拓扑指开关电源电路的构成形式。一般是根据输出地线与输入地线有无电气隔离,分为隔离及非隔离变换器。非隔离即输入端与输出端相通,没有隔离措施,常见的DC/DC变换器大多是这种类型。所谓隔离是指输入端与输出端在电路上不是直接联通的,使用隔离变压器通过电磁变换方式进行能量传递,输入端和输出端之间是完全电气隔离的。 对于开关变换器来说,只有三种基本拓扑形式,即: ● Buck(降压) ● Boost(升压) ● Buck-Boost(升降压) 三种基本拓扑形式,是电感的连接方式决定。若电感放置于输出端,则为Buck拓扑;电感放置于输入端,则是Boost拓扑。当电感连接到地时,就是Buck-Boost拓扑。 2 容易引发系统失效的关键参数测试 以下的测试项目除了是指在静态负载的情况下测试的结果,只有噪声(noise)测试需要用到动态负载。 2.1 Phase点的jitter

图一 对于典型的PWM开关电源,如果phase点jitter太大,通常系统会不稳定(和后面提到的相位裕量相关),对于200~500K的PWM开关电源,典型的jitter值应该在1ns以下。 2.2 Phase点的塌陷 有时候工程师测量到下面的波形,这是典型的电感饱和的现象。对于经验不够丰富的工程师,往往会忽略掉。电感饱和会让电感值急剧下降,类似于短路了,这样会造成电流的急剧增加,MOS管往往会因为温度的急剧增加而烧毁。这时需要更换饱和电流更大的电感。 图二

如果确定开关电源电感值

如果确定开关电源电感值 开关电源电感器是开关电源设备的重要元器件,它是利用电磁感应的原理进行工作的。它的作用是阻交流通直流,阻高频通低频(滤波),也就是说高频信号通过电感线圈时会遇到很大的阻力,很难通过,而对低频信号通过它时所呈现的阻力则比较小,即低频信号可以较容易的通过它。电感线圈对直流电的电阻几乎为零。 本文将阐明为非隔离式开关电源(SMPS)选用电感器的基本要点。所举实例适合超薄型表面贴装设计的应用,像电压调节模块(VRM)和负载点(POL)型电源,但不包括基于更大底板的系统。 图1所示为一个降压拓扑结构开关电源的架构,该构架广泛应用于输出电压小于输入电压的开关电源系统。在典型的降压拓扑结构电路中,当开关(Q1)闭合时,电流开始通过这个开关流向输出端,并以某一速率稳步增大,增加速率取决于电路电感。根据楞次定律,di=E*dt/L,流过电感器的电流所发生的变化量等于电压乘以时间变化量,再除以这个电感值。由于流过负载电阻RL的电流稳定增加,输出电压成正比增大。 在达到预定的电压或电流限值时,开关电源控制集成电路将开关断开,从而使电感周围的磁场衰减,并使偏置二极管D1正向导通,从而继续向输出电路供给电流,直至开关再度接通。这一循环反复进行,而开关的次数由控制集成电路来确定,并将输出电压调控在要求的电压值上。图2所示为在若干个开关循环周期内,流过电感器和其它降压拓扑电路元件上的电压和电流波形。 电感值对于在开关电源开关断开期间保持流向负载的电流很关键。所以必须算出保持降压变换器输出电流所必需的最小电感值,以确保在输出电压和输入电流处于最差条件下,仍能够为负载供应足够的电流。为确定最小的电感值,

开关电源测量的经验总结

电子器件的电源测量通常情况是指开关电源的测量(当然还有线性电源)。讲述开关电源的资料非常多,本文讨论的内容为PWM开关电源,而且仅仅是作为测试经验的总结,为大家简述容易引起系统失效的一些因素。因此,在阅读本文之前,已经假定您对于开关电源有一定的了解。 1 开关电源简述 开关电源(Switching Mode Power Supply,常常简化为SMPS),是一种高频电能转换装置。其功能是将电压透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。 开关电源的拓扑指开关电源电路的构成形式。一般是根据输出地线与输入地线有无电气隔离,分为隔离及非隔离变换器。非隔离即输入端与输出端相通,没有隔离措施,常见的DC/DC变换器大多是这种类型。所谓隔离是指输入端与输出端在电路上不是直接联通的,使用隔离变压器通过电磁变换方式进行能量传递,输入端和输出端之间是完全电气隔离的。 对于开关变换器来说,只有三种基本拓扑形式,即: ● Buck(降压) ● Boost(升压) ● Buck-Boost(升降压) 三种基本拓扑形式,是电感的连接方式决定。若电感放置于输出端,则为Buck 拓扑;电感放置于输入端,则是Boost拓扑。当电感连接到地时,就是Buck-Boost拓扑。 2 容易引发系统失效的关键参数测试 以下的测试项目除了是指在静态负载的情况下测试的结果,只有噪声(noise)测试需要用到动态负载。

2.1 Phase点的jitter 图一 对于典型的PWM开关电源,如果phase点jitter太大,通常系统会不稳定(和后面提到的相位裕量相关),对于200~500K的PWM开关电源,典型的jitter 值应该在1ns以下。 2.2 Phase点的塌陷 有时候工程师测量到下面的波形,这是典型的电感饱和的现象。对于经验不够丰富的工程师,往往会忽略掉。电感饱和会让电感值急剧下降,类似于短路了,这样会造成电流的急剧增加,MOS管往往会因为温度的急剧增加而烧毁。这时需要更换饱和电流更大的电感。 图二 2.3 Shoot through测试

开关电源电感的选取

为开关电源选择合适的电感 电感是开关电源中常用的元件,由于它的电流、电压相位不同,所以理论上损耗为零。电感常为储能元件,也常与电容一起用在输入滤波和输出滤波电路上,用来平滑电流。电感也被称为扼流圈,特点是流过其上的电流有“很大的惯性”。换句话说,由于磁通连续特性,电感上的电流必须是连续的,否则将会产生很大的电压尖峰。 电感为磁性元件,自然有磁饱和的问题。有的应用允许电感饱和,有的应用允许电感从一定电流值开始进入饱和,也有的应用不允许电感出现饱和,这要求在具体线路中进行区分。大多数情况下,电感工作在“线性区”,此时电感值为一常数,不随着端电压与电流而变化。但是,开关电源存在一个不可忽视的问题,即电感的绕线将导致两个分布参数(或寄生参数),一个是不可避免的绕线电阻,另一个是与绕制工艺、材料有关的分布式杂散电容。 杂散电容在低频时影响不大,但随频率的提高而渐显出来,当频率高到某个值以上时,电感也许变成电容特性了。如果将杂散电容“集”为一个电容,则从电感的等效电路可以看出在某一频率后所呈现的电容特性。 当分析电感在线路中的工作状况或者绘制电压电流波形图时,不妨考虑下面几个特点: 1. 当电感L 中有电流I 流过时,电感储存的能量为: E=0.5×L×I2 (1) 2. 在一个开关周期中,电感电流的变化(纹波电流峰峰值)与电感两端电压的关系为: V=(L×di)/dt (2) 由此可看出,纹波电流的大小跟电感值有关。 3. 就像电容有充、放电电流一样,电感器也有充、放电电压过程。电容上的电压与电流的积分(安·秒)成正比,电感上的电流与电压的积分(伏·秒)成正比。只要电感电压变化,电流变化率di/dt 也将变化;正向电压使电流线性上升,反向电压使电流线性下降。 计算出正确的电感值对选用合适的电感和输出电容以获得最小的输出电压纹波而言非常重要 从图1 可以看出,流过开关电源电感器的电流由交流和直流两种分量组成,因为交流分量具有较高的频率,所以它会通过输出电容流入地,产生相应的输出纹波电压dv=di×RESR。这个纹波电压应尽可能低,以免影响电源系统的正常操作,一般要求峰峰值为10mV~500mV。 纹波电流的大小同样会影响电感器和输出电容的尺寸,纹波电流一般设定为最大输出电流的10%~30%,因此对降压型电源来说,流过电感的电流峰值比电源输出电流大5%~15%。 降压型开关电源的电感选择 为降压型开关电源选择电感器时,需要确定最大输入电压、输出电压、电源开关频率、最大

一个 200W 开关电源的功率级设计总结

一个 200W 开关电源的功率级设计总结 1. 导言 新的功率在200W-500W 的交流电源设计,越来越需要功率因素校正(PFC),以在减少电源线上的能源浪费,并增加最多来自电源插座的功率。这篇文章描述了一个用於液晶电视的200W 电源的设计与构造,所以提到了很多注意事项,以达到高效率,待机功率低於1W,外形小巧尤其是高度为25mm ,无风扇的简单冷却,低成本。这些特徵对於将要应用的场合是不可或缺的。 2. 电路描述和设计 设计指标如下∶ ·交流输入电压∶85-265VRMS ·功率因素∶> 0.95 ·总输出功率∶200W ·三个直流输出∶5V/0.3A 12V/5A 24V/6A 电源分为两个单元。第一电源集成一个功率因素校正电路,内置在 FAN4800 PFC/PWM(脉宽调制)二合一控制器周围,产生一个 24V/6A 和12V/5A 的输出。这个器件包含一个平均电流模式PFC 控制器和一个能够在电压和电流模式下工作的PWM控制器。在描述的这项应用中,PWM工作在电流模式,控制一个双管正激变换器。这种变换器能产生一个稳压的24V 输出。12V输出则由一个采用MC34063A PWM控制器的Buck 变换器产生。这个附加模块改善了12V输出校正,减少交叉调节问题,这对於多重输出正激变换器总是一个问题,当负载大范围变化时。附加变换器成本不是很高,如果与一个双管输出变换器的更复杂、更大的耦合电感相比。

第二电源是一个基於飞兆半导体功率开关(FPS)的Flyback 变换器,它给FAN4800提供电源和5V 输出。这个电源工作在待机模式下,它的无负载功耗低於500mW。因此,即使对於省电模式下小负载情况,也有可能满足1W待机功耗的限制。 为了简洁,设计计算和电路图将在每个模组中单独给出。最终完成的示意图和布局,可在附录中查到。 3. 功率因素校正 本节回顾了功率因素校正电路的电源选择。用来设立乘法器的工作点和差动放大器的增益和频率补偿的低功率部件的设计在[1]中给出。图1为电路示意图 图1∶PFC级示意图,元件编号和FAN4800应用说明[1]相对应 3.1 整流器 由於主电源用来提供一个200W的输出功率,即总输入功率。假设PFC的

浅谈开关电源输出电感的设计

――DC/DC 电路中电感的选择 原文:Fairchild Semiconductor AB-12:Insight into Inductor Current 下载 翻译:frm (注:只有充分理解电感在DC/DC电路中发挥的作用,才能更优的设计DC/DC电路。本文还包括对同步DC/DC及异步DC/DC概念的解释。) 本文PDF文档下载 简介 在开关电源的设计中电感的设计为工程师带来的许多的挑战。工程师不仅要选择电感值,还要考虑电感可承受的电流,绕线电阻,机械尺寸等等。本文专注于解释:电感上的DC电流效应。这也会为选择合适的电感提供必要的信息。 理解电感的功能 电感常常被理解为开关电源输出端中的LC滤波电路中的L(C是其中的输出电容)。虽然这样理解是正确的,但是为了理解电感的设计就必须更深入的了解电感的行为。 在降压转换中(Fairchild典型的开关控制器),电感的一端是连接到DC输出电压。另一端通过开关频率切换连接到输入电压或GND。 在状态1过程中,电感会通过(高边“high-side”)MOSFET连接到输入电压。在状态2过程中,电感连接到GND。由于使用了这类的控制器,可以采用两种方式实现电感接地:通过二极管接地或通过(低边“low-side”)MOSFET接地。如果是后一种方式,转换器就称为“同步(synchronus)”方式。 现在再考虑一下在这两个状态下流过电感的电流是如果变化的。在状态1过程中,电感的一端连接到输入电压,另一端连接到输出电压。对于一个降压转换器,输入电压必须比输出电压高,因此会在电感上形成正向压降。相反,在状态2过程中,原来连接到输入电压的电感一端被连接到地。对于一个降压转换器,输出电压必然为正端,因此会在电感上形成负向的压降。 我们利用电感上电压计算公式: V=L(dI/dt) 因此,当电感上的电压为正时(状态1),电感上的电流就会增加;当电感上的电压为负时(状态2),电感上的电流就会减小。通过电感的电流如图2所示: 通过上图我们可以看到,流过电感的最大电流为DC电流加开关峰峰电流的一半。上图也称为纹波电流。根据上述的公式,我们可以计算出峰值电流:

开关电源设计及调试总结

线性稳压电路具有结构简单,调整方便,输出电压脉动小的优点,但缺点是效率低,一般只有20%~40%,并且比较笨重。开关型稳压电路能克服线性稳 压电源的缺点,具有效率高,一般能达到65%~90%,并且体积小,重量轻,对电网电压要求不高,因而在实际生活中得到广泛应用。也正因为其应用的广泛性,相应专业的学生就更应该深刻和熟练地掌握它,在此以设计脉冲宽度调制型开关电路(PWM)为基础,详细解说该系统的调试过程。 1 系统设计原理 PWM 型的开关电源整体框图如图1所示。变压、整流、滤波模块处理起来比较简单,只要采用相应的变压器、单相全波整流、电容式滤波即可实现,这里不用更多的篇幅介绍。此系统的核心模块是方框图中的闭合(负反馈)模块。如果直接采用Boost型DC-DC升压器,实现起来简单,但输出/输入电压比太大,占空比也大,而将使输出电压范围变小,难以达到较高的指标,且为开环控制。对此采用专用开关芯片TL494芯片,它采用开关脉宽调制(PWM),效率高,外围电路也较简单,可以方便实现闭环控制。 1.1 TL494工作原理 TL494 内部结构如图2所示,它是一种固定频率可自行设置,并应用脉空调制的控制电路,其中,振荡频率fosc=1.1/(RTCT)。具体来讲,由于误差放大器输入口1,2(或3,4)的值不等,产生偏差,偏差送入PWM比较器与锯齿波(锯齿波的频率由振荡频率确定,幅值是定值)比较,在偏差大于锯齿波范围内时,9口(或10口)输出低电平,在偏差小于锯齿波范围内时,9口(或10口)输出高电平。若偏差值越大,TL494输出高电平的区间越小。由此可见,通过调整误差放大器输入口的偏差可改变占空比。

开关电源中电感的设计

开关电源中电感的设计 在开关电源的设计中电感的设计为工程师带来的许多的挑战。工程师不仅要选择电感值,还要考虑电感可承受的电流,绕线电阻,机械尺寸等等。本文专注于解释:电感上的DC 电流效应。这也会为选择合适的电感提供必要的信息。 理解电感的功能 电感常常被理解为开关电源输出端中的LC 滤波电路中的L(C 是其中的输出电容)。虽然这样理解是正确的,但是为了理解电感的设计就必须更深入的了解电感的行为。 在降压转换中(Fairchild典型的开关控制器),电感的一端是连接到DC 输出电压。另一端通过开关频率切换连接到输入电压或GND。 在状态1 过程中,电感会通过(高边“high-side”)MOSFET连接到输入电压。在状态2 过程中,电感连接到GND。由于使用了这类的控制器,可以采用两种方式 实现电感接地:通过二极管接地或通过(低边“low-side”)MOSFET接地。如果是后 一种方式,转换器就称为“同步(synchronus)”方式。 现在再考虑一下在这两个状态下流过电感的电流是如果变化的。在状态1 过程中,电感的一端连接到输入电压,另一端连接到输出电压。对于一个降压转换器,输入电压必须比输出电压高,因此会在电感上形成正向压降。相反,在状态2 过程中,原来连接到输入电压的电感一端被连接到地。对于一个降压转换器,输出电压必然为正端,因此会在电感上形成负向的压降。 我们利用电感上电压计算公式: V=L(dI/dt) 因此,当电感上的电压为正时(状态1),电感上的电流就会增加;当电感上的电压为负时(状态2),电感上的电流就会减小。通过电感的电流如图2 所示:

通过上图我们可以看到,流过电感的最大电流为DC 电流加开关峰峰电流的一半。上图也称为纹波电流。根据上述的公式,我们可以计算出峰值电流: 其中,ton 是状态1 的时间,T 是开关周期(开关频率的倒数),DC 为状态1 的占空比。 警告:上面的计算是假设各元器件(MOSFET上的导通压降,电感的导通压降或异步电路中肖特基二极管的正向压降)上的压降对比输入和输出电压是可以忽略的。 如果,器件的下降不可忽略,就要用下列公式作精确计算: 同步转换电路: 异步转换电路:其中,Rs 为感应电阻阻抗加电感绕线电阻的阻。Vf 是肖特基二极管的正向压降。R 是Rs加MOSFET 导通电阻,R=Rs+Rm。

开关电源EMC总结.a

开关电源EMC总结 时间:2013-03-14 来源:电源网作者:https://www.360docs.net/doc/2311855377.html,/dc/technical/201303/31415.html 开关电源EMC知识全面汇总,包括开关电源EMC的分类及标准,常用的EMC 标准及实验配置,关于制订电磁兼容标准的组织和标准的介绍,开关电源电磁干扰的产生机理及其传播途径, EMC的分类及标准: EMC(Electromagnetic Compatibility)是电磁兼容,它包括EMI(电磁骚扰)和EMS(电磁抗骚扰)。EMC定义为:设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何设备的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。EMC整的称呼为电磁兼容。EMP是指电磁脉冲。 EMC = EMI + EMS EMI : 電磁干擾EMS : 電磁相容性(免疫力) EMI可分为传导Conduction及辐射Radiation两部分,Conduction规范一般可分为: FCC Part 15J Class B;CISPR 22(EN55022, EN61000-3-2, EN61000-3-3) Class B;国标IT类(GB9254,GB17625)和AV类(GB13837,GB17625)。FCC测试频率在450K-30MHz,CISPR 22测试频率在150K--30MHz,Conduction可以用频谱分析仪测试,Radiation则必须到专门的实验室测试。 EN55022为Radiation Test & Conduction Test (传导& 辐射测试); EN61000-3-2为Harmonic Test (电源谐波测试) ;EN61000-3-3为Flicker Test (电压变动测试)。 CISPR22(Comite Special des Purturbations Radioelectrique)应用于信息技 术类装置, 适用于欧洲和亚洲地区;EN55022为欧洲标准,FCC Part 15 (Federal Communications Commission) 适用于美国,EN30220欧洲EMI测试标准,功率辐射测试标准是EN55013频率在30MHZ-300MHz。 EN55011辐射测试标准是:有的频率段要求较高,有的频率段要求较低。传 导(150KHZ-30MHZ) LISN主要是差模电流, 其共模阻抗为100欧姆(50 + 50); LISN主要是共模电流, 其总的电路阻抗为25欧姆(50 // 50)。 4线AV 60dB/uV 150KHZ-2MHZ start 9KHZ 5线PEAK 100dB/uV 150KHZ-3MHZ 6线PEAK 100dB/uV 2MHZ-30MHZ 7线QP 70dB/uV 150KHZ-500KHZ Radiated (30MHZ-1GHZ): ADD 4N7/250V Y CAP 90dB/uV 30MHZ-300MHZ EMI为电磁干扰,EMI是EMC其中的一部分,EMI(Electronic Magnetic Interference) 电磁干扰,EMI包括传导、辐射、电流谐波、电压闪烁等等。电磁干扰是由干扰源、藕合通道和接收器三部分构成的,通常称作干扰的三要素。EMI

开关电源实习报告

第十届TI杯电子设计竞赛培训实 习报告 日8月7年2012 1.开关稳压电源 1.1工频变压器 工频变压器作为本电源降低电压的核心。它把有效值为220V的交流市电降低为20V的交流电压。为后级稳压环节输入一个低的直流电压做了准备。 1.2整流滤波 本电源整流采用4安的集成整流桥堆。前级滤波采用三个电容进行。如图1示,分别为C12,C14,C15。C14是一个1000uF的铝电解电容,它可以很好地滤除低频脉动成分,使整流输出波形变得很平滑。电容的高频小信号模型为电感、电容、电阻的串联。铝电解电容,由于其内部结构决定了它的高频等效电感比较大。再加之铝电解电容的容值比较大,这就导致它的自身谐振频率比较低。这样它可以很好地滤除低频杂波成分,但是对于高频杂波成分,它的滤除效果不是很好。这就需要给他并联一个0.1uF的瓷片电容C15,这样滤波器的带宽就会大大提高,可以滤除掉更多的杂波成分。C12是作为LM2576的输入滤波的,以保证输入LM2576的交流杂波成分更小。 1.3稳压 本电源稳压环节采用LM2576开关降压(Buck)型集成稳压芯片。其内部集成了52KHz的振荡器,功率管,PWM调制器和反馈环路。LM2576输出最大电流可以保证3A,输入最大电压40V。D4是一个肖特基二极管,型号为MBR20200。它是作为Buck电路的续流二极管使用的。电感L2是一个用铁粉磁环绕制的100uH 的大功率电感,它是Buck电路的储能电感。L2和C13共同组成了一个LC滤波器。R12,R10是一个电阻串联分压网络。LM2576的4脚在分压网络分压点采集电压反馈给其内部误差放大器,控制PWM调制器改变PWM波的脉宽,从而控制功

开关电源变压器的计算

1:线径的计算: 一般铜线截面积每平方mm取值5安培电流。(高频取4.95,低频取3.5.) 公式1:。公式2: 。r=半径。 例题: 假设铜线半径是1mm. 3.141×1=3.141×5A=15.705A电流。15.7A. =2.0mm铜线直径。 2: 峰值功率计算。 Pout = (Vout+Vf) Iout 1.2 3:初级峰值电流计算: IPmax = IPmin = KIP1 K为脉动电流,取值:0.4. 4:输入电流公式: ÷PF=Pin÷Vin=Iin。 3:肖特基的取值计算。 肖特基一般取输出电流的2-3倍。 匝比一般是10比1 输出峰值电压的计算: 〈(Vin(max)×)+80V〉÷n + Vout=峰值电压。 〈〔最大输入电压×〕+80V〉÷匝比+输出电压。 例题: 以输出5V为例: 〈〔最大输入电压264V×1.414〕+80V〉÷匝比10+输出电压5V。 峰值电压等于==50.32V. /*****************************************************************/ 开关变压器计算步骤: P-初级,S-次级,D-占空比,n匝比,L-电感量,f频率,η-效率, K-脉动电流。T-时间,ON-开,NP-初级匝数,IP 峰值电流。 AE-磁芯截面积,查磁芯表。Bm-磁通密度。单位-高斯。 /******************************************************************* 要求:输入电压《85-265V》。

最大占空比0.45左右。根据IC资料选择。 η-效率。0.75 Vout-输出电压。5V Iout-输出电流。2A f –开关频率。100K IC方案,选择7535. 10W /******************************************************************** 1:估算初级输入电流:I in ÷PF=Pin÷Vin=Iin。 /0.6=22.22/85=0.2614 A 根据输入电流计算输入线径: = 0.13mm1.2=0.156 输出线径; = 1.01579mm /*******************************************************************/ 1: Ton计算导通时间。 T:时间。T= = = 10us Ton = 100.45 =4.5us. 导通时间。 Toff = 10 0.55 = 5.5us. 截至时间。 /********************************************/ 2:算出初次级匝比. N = N = = = 14.131661 /********************************************/ 3:IP 峰值功率。 Pout = (Vout+Vf) Iout 1.2 = (5+1) 2 1.2 = 14.4W /********************************************/

200W_开关电源的功率级设计总结

200W 开关电源的功率级设计总结 1. 导言 新的功率在200W-500W 的交流电源设计,越来越需要功率因素校正(PFC),以在减少电源线上的能源浪费,并增加最多来自电源插座的功率。这篇文章描述了一个用于液晶电视的200W 电源的设计与构造,所以提到了很多注意事项,以达到高效率,待机功率低于1W,外形小巧尤其是高度为25mm ,无风扇的简单冷却,低成本。这些特征对于将要应用的场合是不可或缺的。 2. 电路描述和设计 设计指标如下∶ ·交流输入电压∶85-265VRMS ·功率因素∶> 0.95 ·总输出功率∶200W ·三个直流输出∶5V/0.3A 12V/5A 24V/6A 电源分为两个单元。第一电源集成一个功率因素校正电路,内置在FAN4800 PFC/PWM(脉宽调制)二合一控制器周围,产生一个24V/6A 和12V/5A 的输出。这个器件包含一个平均电流模式PFC 控制器和一个能够在电压和电流模式下工作的PWM控制器。在描述的这项应用中,PWM工作在电流模式,控制一个双管正激变换器。这种变换器能产生一个稳压的24V 输出。12V输出则由一个采用MC34063A PWM控制器的Buck 变换器产生。这个附加模块改善了12V输出校正,减少交叉调节问题,这对于多重输出正激变换器总是一个问题,当负载大范围变化时。附加变换器成本不是很高,如果与一个双管输出变换器的更复杂、更大的耦合电感相比。 第二电源是一个基于飞兆半导体功率开关(FPS)的Flyback 变换器,它给FAN4800提供电源和5V 输出。这个电源工作在待机模式下,它的无负载功耗低于500mW。因此,即使对于省电模式下小负载情况,也有可能满足1W待机功耗的限制。 为了简洁,设计计算和电路图将在每个模组中单独给出。最终完成的示意图和布局,可在附录中查到。 3. 功率因素校正 本节回顾了功率因素校正电路的电源选择。用来设立乘法器的工作点和差动放大器的增益和频率补偿的低功率部件的设计在[1]中给出。图1为电路示意图

最新开关电源总结心得体会

开关电源总结心得体会 从20x年x月开始,经过了两个月的奋战,我的毕业设计终于圆满完成。我认为有必要写一下这两个月毕业设计总结,这对我自己来说,即是一个总结,也是一个提醒。因为毕业论文的完成,既为大学四年划上了一个完美的句号,也为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫 在大学的学习过程中,毕业设计是一个重要的环节,是我们步入社会参与实际项目的规划建设的一次极好的演示。也是四年大学学习的总结和提高自身能力的好机会。和做科研开发工作一样,要有严谨求实的科学态度。毕业设计有一定的学术价值和实用价值,能反映出作者所具有的专业基础知识和分析解决问题的能力。此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来工作重要的一步。从最初的选题,开题到分析调查、绘图直到完成设计。其间,自己查找资料,老师的指导,与同学的交流,都让我学到很多知识。反复修改图纸,每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。一次优秀的设计对启发我们的思维,掌握设计的规范、流程、具体操作都很有帮助。 但是毕业设计期间也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力,对资料的不了解,对具体设计涉及到的规范要求的不熟悉等等,需要在做的过程中需要去不断的翻阅相关的资料和书籍,这降低了自己的速度和设计的进程,但这个过程对我来说是对自己知识的不足处的一个很好的补充和对已学过知识的一个巩固。这个过程虽然是有一定的难度但还是通过自己的慢慢的摸索和老师的指导下从熟悉到上手,经过这次努力对自己的信心很好的提高。通过这样的一个自己从开始到结束全程自己参与的设计来说对知识的了解和掌握是纯理论的学习远远达不到的效果。这次实践是对自己大学四年所学的一次大检阅,使我明白自己知识还很浅薄,虽然马上要毕业了,但是自己的求学之路还很长,以后更应该在工作中学习,努力使自己成为一个可以参与工作能独立完成设计的人。 本设计主要设计了单相交流输入,输出为48V/10A、频率为80KHz的电源。选用复合结构的主电路结构,将Boost型APFC与移相桥式变换器相结合达到效果。选用MOSSFET作为功率变换器器件,用光耦进行隔离反馈,构成完整的桥式开关变换器,完成DC-AC-DC变换。在变换器中引入了软开关技术,通过采用谐振软开关PWM变换器实现开关管的零电压开通,极大的降低了电源的开关损耗,提高了电源效率。采用PWM控制方式,其控制信号由集成控制器UC3875提供。通过四路PWM波的移相时产生的重合度来控制占空比,同时反馈电压可以直接反映PWM的占空比的大小,以达到稳压。此控制器还将过压保护、过流保护、欠电压锁定、软启动等功能集成进去,用UC3875驱动MOSSFET,保证其可靠开通或关断。并设计了显示部分,使电源具有实时显示、监控输出电压和电流功能。主要分成摘要部分及目录部分、绪论部分、总方案设计部分、输入电路设计部分、功率因素校正(PFC)部分、直流变换器设计部分、辅助及保护电路设计部分、显示和监控模块设计部分及仿真与分析部分十个部分。

开关电源PFC电容电感计算

4KW PFC 相关电容电感计算 1. 输入电容计算 参阅IR1153应用规格书2000W PFC 计算如下: 因为()()2L IN RMS MAX IN I sw IN RMS MIN I C k f r V π?=??? ,所以需要先求()IN RMS MAX I ,参阅IR1153应用 规格书2000W PFC 计算如下: 当P OUT =4000W 时,() ()400043480.92 O MAX IN MAX MIN P W P W η===; 因为一般需要对市电220VAC (﹣10%,+15%)变动范围内的PFC 运行情况进行确认是否存在异常,即198V~254VAC ,所以()198IN RMS MIN V V =。假设当PFC 在4000W

负载情况下运行功率因数cos φ为0.998,则: () ()()400022()0.921980.998 O MAX IN RMS MAX MIN IN RMS MIN P W I A V PF V η===??; ()()2231.1IN PEAK MAX IN RMS MAX I A A ===; 综上所述,高频输入电容计算如下所示: ()()2235% 3.12222.29%198L IN RMS MAX IN I sw IN RMS MIN I A C k uF f r V kHz V ππ?==?=??????; 所以一个标准的3.3uF 或者2.2uF ,630V 的聚酯(薄膜)电容可以选用。 2. 输出电容计算 参阅IR1153应用规格书2000W PFC 计算如下: 由计算公式:()22() 2O OUT MIN O O MIN P t C V V ???=- ,当P OUT =4000W 时,对于50Hz 的市电来讲, 20t ms ?=,380O V V =,()285O MIN V V =?,将各个参数代入得: ()2224000201601602533(380)(285)1444008122563175 OUT MIN W ms C uF V V ??====--,增加20%余量:() 25333166.25110.2 OUT MIN OUT TOL C uF C uF C ===-?-; 所以4个680uF /450V 的电容并联使用达2720uF 可以满足4000W PFC 的需要。

使用开关电源的问题总结

使用开关电源的问题总结 因为经常设计的是射频或者是低频的模拟电路模拟电路" target="_blank">模拟电路,所以设计中很少用到开关电源开关电源,但是有几种情况下,必须选用开关电源,才能满足系统的性能! 1. 输入的电源电压比系统所需要的电压低,在这种情况下,系统需要升压芯片来提高输入电压,对于这种电路,如果被供电电路是敏感的模拟信号或者是射频信号,那么建议采用LC 的网络滤波,或者再采用一级LDO来降压,从而达到输出低纹波的特性。 2. 系统的电压需要负压负压,在这种情况下,系统需要开关电源把正压正压变换为负压。如果被供电电路是敏感的模拟信号或者是射频信号,那么建议采用LC 的网络滤波,或者再采用一级负压的LDO来降压,从而达到输出低纹波的特性。 3.系统的输入电压比系统所需要的电压大很多,并且系统需要的电流很大,此时若使用LDO或者三端稳压芯片,芯片上的功耗会很大,不仅降低了系统的效率,而且给系统的散热带来问题。此时可以首先使用开关电源电压降低到一个比较合适的电压,再使用LDO. 在使用的过程中还有一些问题需要注意:一、最近使用正电到负电的变压芯片时,发现输出的负电压不足,当与负载断开时,发现电压恢复,开始怀疑时后级电路出了问题,但是当采用稳压电源供电时,负电压并没有限流,而且采用万用表的电流档测试时,发现电流只有50mA,后来发现当我把芯片输出正电的线路中串连的大电感去掉后,输出正常。所以在开关电源中,输入电压供电的线路中加入大电感,虽然在一定程度上有隔掉直流分量的作用,但是同样影响的开关电源的的正常工作。 二、开关电源虽然具有很高的效率,但是毕竟不是100%,而且开关电源芯片的热阻相对比较小,散热能力相对差,所以一定要计算系统所需的电压和电流,从而计算出系统的功耗,然后根据效率曲线计算出消耗在开关电源芯片的上功耗。通过热阻计算芯片的温度是否超过芯片能承受的温度。然后留出一定的余量的情况下,选择芯片。

估算电感在开关电源中的损耗

估算电感在开关电源中的功耗 开关电源的功耗是多方面的,包括功率MOSFET损耗、输入/输出电容损耗、控制器静态功耗以及电感损耗。本文主要讨论电感损耗。众所周知,电感损耗包括两方面:其一是与磁芯相关的损耗,即传统的铁损;其二是与电感绕组相关的损耗,即通常所谓的铜损。 功率电感在开关电源中作为一种储能元件,开关导通期间存储磁能,开关断开期间把存储的能量传送给负载。磁滞特性是磁芯材料的典型特性,正是它产生电感磁芯的损耗。导磁率越大,磁滞曲线越窄,磁芯功耗越小。 图1 电感功耗的等效模型 电感磁芯中的功耗 电感在一个开关周期内由于磁场强度改变产生的能量损耗是在开关导通期间输入电感的磁能与开关断开期间输出磁能之间的差值。如果用ET代表一个开关周期电感的能量,则:。根据安培定律:和法拉第定律:,上述等式中的ET为:。随着电感电流减小,磁场强度减弱,而磁感应强度从另一回路返回并变小。在此期间,大部分能量传送给负载,而存储能量和传送能量之间的差值即为损失的能量。而磁芯由于磁滞特性引起的功耗是上述能量损耗乘以开关频率。该损耗大小与艬n有关,对于大多数铁氧体材质磁芯而言,n介于2.5~3之间。到目前为止,上述磁芯储能和损耗的推导与结论都基于下列条件:磁芯工作在非饱和区;开关频率在磁芯正常工作范围内。 电感磁芯除了上述的磁滞损耗外,第二种主要损耗是涡流损耗。感应涡流在磁芯中流动将产生I2×R(或V2/R)的功耗。如果把磁芯想象为一个高阻值元件RC,那么,在RC将产生感应电压,根据法拉第定律,,其中AC为磁芯的有效截面积,因此功耗为:,由此可见,磁芯由于涡流导致的功耗与磁芯中单位时间内磁通变化量的平方成正比。另外,由于磁通变化量直接与所加电压成正比,所以,磁芯的涡流功耗与电感电压和占空比成正比,即:,其中VL为电感电压,tAPPLIED为一个开关周期(TP)中开关的导通(ON)或截止(OFF)时间。由于磁芯材料的高阻特性,通常涡流损耗比磁滞损耗小得多,通常数据手册中给出的磁芯损耗包括涡流损耗和磁滞损耗。 测量磁芯的损耗是很困难的事情,因为它包括繁琐的磁感应强度测量和磁滞回路面积估算,多数电感厂家并未提供这些参数。虽然如此,仍可利用这些曲线对磁芯损耗进行估算。这些曲线可从磁芯材料厂商获得,通常以磁感应强度和工作频率为变量给出功率损耗,单位为W/kg或W/cm3。磁芯材料公司Magnetics提供了上述数据,其中给出了磁芯损耗与磁感应强度在各种频率下的关系曲线。如果已知电感采用了某种铁氧体材料磁芯并知道其体积,则可以根据这些关系曲线对其磁芯损耗做出很好的估算。这类曲线是利用双极性变化的磁通,对

开关电源的一点总结

关于开关电源,其实没有什么好写的,或者说,已经有很多专门写开关电源的书,三言两语也说不出什么来。但是以前有人问过我一些问题,现在想起来,总结下。 1,开关电源的占空比 初学者总是不明白占空比跟输入电压输出电压的关系。以buck型为例,因为Vout=D*Vin,所以会有人考虑怎么根据输入电压和输出电压改变占空比。这个问题让我很难回答。 占空比是变化的,但不是根据输出电压和输入电压变化的。开关电源芯片和线性稳压芯片一样,都是根据反馈来稳定输出的。芯片的DATASHEET上会有计算输出电压的公式,只要根据公式得到分压电阻值就可以,不必考虑内部是如何调整占空比的。 设计人员需要注意的是,占空比的范围。不是所有的芯片都能达到100%,大多数只能到90%多,甚至更低。所以需要根据输入电压的范围和输出电压,计算出需要的占空比是不是在芯片工作范围内。 2,开关电源的结构 很多。 降压(buck)型,输出电压低于输入电压,最常见的一种结构; 升压型,输出电压高于输入电压; 极性反转,一般是输入正电压,输出负电压; 汽车电子中常见上述三种,如果是要求输入电压变化范围较大,有时高于输出电压,有时低于输出电压,可以先升压再降压,也可以用SEPIC型结构。 具体各种类型的计算可以参考一些芯片资料。凌特公司的芯片资料,原理简单,计算公式列得详细,中文化做的也不错,推荐电路也很多;国半公司也可以,芯片资料上可能不太详细,但是Application Notes里原理介绍很多,还有他们的模拟技术大学,可惜没有中文版。 推荐几个: 凌特:LTC1772 SOT-23 封装恒定频率电流模式降压型 DCDC 控制器 凌特:LTC1871 宽输入范围,无需检测电阻电流模式升压,反激和SEPIC控制器 国半模拟技术大学,开关电源(英文): 国半Application Notes:AN1484 Design a SEPIC Converter 3,同步整流 buck型开关电流有一个续流二极管,在这个二极管上并联一个MOS管。这个是同步整流用的。 因为二极管导通时,即使是肖特基二极管,压降也有大概0.3V,在效率要求很高的场合,这是不允许的,所以要进一步降低压降。这个方法就是,在需要二极管导通时,同时也将并联的MOS管导通,达到减小压降,减小损失的目的。

总结:开关电源设计心得

总结:开关电源设计心得 首先从开关电源的设计及生产工艺开始描述吧,先说说印制板的设计。开关电源工作在高频率,高脉冲状态,属于模拟电路中的一个比较特殊种类。布板时须遵循高频电路布线原则。 1、布局:脉冲电压连线尽可能短,其中输入开关管到变压器连线,输出变压器到整流管连接线。脉冲电流环路尽可能小如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负。输出部分变压器出端到整流管到输出电感到输出电容返回变压器电路中X电容要尽量接近开关电源输入端,输入线应避免与其他电路平行,应避开。 Y电容应放置在机壳接地端子或FG连接端。共摸电感应与变压器保持一定距离,以避免磁偶合。如不好处理可在共摸电感与变压器间加一屏蔽,以上几项对开关电源的EMC性能影响较大。 输出电容一般可采用两只一只靠近整流管另一只应靠近输出端子,可影响电源输出纹波指标,两只小容量电容并联效果应优于用一只大容量电容。发热器件要和电解电容保持一定距离,以延长整机寿命,电解电容是开关电源寿命的瓶劲,如变压器、功率管、大功率电阻要和电解保持距离,电解之间也须留出散热空间,条件允许可将其放置在进风口。 控制部分要注意:高阻抗弱信号电路连线要尽量短如取样反馈环路,在处理时要尽量避免其受干扰、电流取样信号电路,特别是电流控制型电路,处理不好易出现一些想不到的意外。 下面谈一谈印制板布线的一些原则 线间距:随着印制线路板制造工艺的不断完善和提高,一般加工厂制造出线间距等于甚至小于0.1mm已经不存在什么问题,完全能够满足大多数应用场合。考虑到开关电源所采用的元器件及生产工艺,一般双面板最小线间距设为0.3mm,单面板最小线间距设为0.5mm,焊盘与焊盘、焊盘与过孔或过孔与过孔,最小间距设为0.5mm,可避免在焊接操作过程中出现“桥接”现象。,这样大多数制板厂都能够很轻松满足生产要求,并可以把成品率控制得非常高,亦可实现合理的布线密度及有一个较经济的成本。 最小线间距只适合信号控制电路和电压低于63V的低压电路,当线间电压大于该值时一般可按照500V/1mm经验值取线间距。

开关电源实训报告

开关电源实验报告 一、实验名称 30w-12v开关电源制作 二、实验目的 1.掌握buck降压型反激式开关电源原理、焊接、调试。 2.熟悉uc3842主要性能参数、端子功能、工作原理及典型应用。 三、实验要求 1.输入电压av220v,调节输出电压为dc12v,输出功率30w。 2.掌握电路板焊接工艺。 四、实验介绍 ㈠开关电源介绍 开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(pwm)控制ic和mosfet构成。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新。目前,开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。 开关电源高频化是其发展的方向,高频化使开关电源小型化,并使开关电源进入更广泛的应用领域,特别是在高新技术领域的应用,推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在安防监控,节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。 开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件,通过周期性通断开关,控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关电源具有以下特征:①电源电压和负 载在规定的范围内变化时,输出电压应保持在允许的范围内或按要求变化;②输出与输入之间有良好的电气隔离;③可以输出单路或多路电压,各路之间有电气隔离。本次实验是要采用uc3842制作一路输出的av220v-dc12v的30w开关电源。㈡开关电源原理电路由主电路、控制电路、启动电路和反馈电路4部分组成。主电路采用单端反激式拓扑。控制电路是整个开关电源的核心,控制的好坏直接决定了电源整体性能,电路电流环控制采用uc3842内部电流环,电压外环采用tl431和pc817构成外部误差放大器。 输入市电首先经过滤波、整流后变换为直流电压,再经过直流变换器变换为所需的直流电压;通过检测和控制电路对其输出进行调整。 图4-1 开关电源基本结构框图 ㈢主要元器件介绍 1)uc3842 〈1〉uc3842简介: uc3842是高性能固定频率电流模式控制器专为离线和直流直直流变换器应用而设计的,这些集成电路具有可微的振荡器,能进行占空比的控制、温度补偿的参考、高增益误差放大器。电流取样比较器和大电流图腾柱式输入,是驱动功 率mosfet的理想器件。其他的保护特性包括输入和参考欠压锁定,各有滞后、逐周电流限制、可编程输出静区时间和单个脉冲测量锁存。 〈2〉uc3842的性能特点: ①它属于电流型单端pwm调制器,具有管脚数量少、外围电路简单、安装调试简便、性能优良、价格低廉等优点。能通过高频变压器与电网隔离,适于构成无工频变压器的20~50w 小功率开关电源。 ②最高开关频率为500khz,频率稳定度达0.2%。电源效率高,输出电流大,能直接驱动双极型功率晶体管或vmos管、dmos管、tmos管。输出电流为200ma,峰值为1a,既可驱动

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