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开关电源测试方法.pdf

开关电源测试方法

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2011-09-07 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《开关电源测试方法pdf》,可适用于高等教育领域

、输出纹波噪声的测量及输出电路的处理PWM开关电源的输出的纹波噪声与开产频率有关。其纹波噪声分为两大部分:纹波(包括开关频率的纹波和周期及随机性漂移)和噪声(开关过程中产生)。周期及随机性漂移高频噪声开关频率的纹波开关周期在纹波与噪声的测量过程中如果不使用正确的测量方法将无法正确地测量出真出的输出纹波噪声。下面是推荐的测量方法:铜线平行线测量法:输出管脚接平行线后接电容,在电容两端使用MHz示波器探头测量。具体要求见右图CµF负载C为瓷片电容负载与模块之间的距离在mm和mm(in和in)之间。在大多数电路中,本公司模块的输出纹波噪声都能满足要求。对于输出纹波有较为严格要求的电源系统可以在输出增加差模滤波器来进一步降低纹波但在设计过程中应注意尽量选择较小的电感和较大的电容。如果需要消除进一步喊小噪声需要加共模滤波器。输入与输出及外壳之间加高压隔离电容(一般为~nF)也可以减小共模噪声。、多路输出的交互调节及其应用Vo对于多路输出的电源模块用户比较关心输出负载发生变化时不同输出路的相互间的影响。例如Io=当主路输出空载时辅助输出路的负载能力一般电源由于主路负载太轻而使辅助路输出的能力极低。本Io=公司产品采用了集成磁路的概念或采取双路同步控制Io=使输出电压之间的交互调节特性大大改善。下图显示了Io=交互调节的优点。图中lo为主路负载电流、lo为辅助路负载电流、Vo为辅助路输出电压。由图可见Io在主路负载从~变化时辅助路输出电压随辅助路负载电流的变化曲线中辅助路输出电压始终在±范围之内。即使在最坏的情况即主路空载、辅助路江载主路满载、辅助路空载时其输出电压也能保证在标称电压的±范围之内。由此对于输出稳压精度要求不太高的情况下这种不稳压的辅助输出不仅能够满足供电的条件而且相对成本低、器件少、可靠性高。建议用户首先考虑不稳压的辅助输出的电源模块。开关电源基础知识简介VoGND电源模块、容性负载能力与电源输出保护建议用户对电源模块的阻性负载取大于额定负载这样模块工作比较稳定。电容作为电源去耦及抗干扰的手段在现代电子线路中必不可少本公司的电源模块考虑此因素都有相当的容性负载能力。但由于考虑到电源的综合保护能力尤其是输出过载保护容性负载能力不可能太大否则保护特性将变差。因此用户在使用过程中负载电容总量不应超过最大容性负载能力。Vo输出电流保护一般有四种方式:截止式●恒流式:当到达电流保护点时输出电流随负载的回折式进一步的加重略有增加输出电压不断下降。●回折式:当到达电流保护点时输出电流随负载的恒流截止式的加重输出电压不断下降同时输出电流也不断下降。●截止式:当到达电流保护点时电源模块输出被禁止。恒流式●恒流截止式:当到达电流保护点时首先是恒流式的保护方式当输出电流达到某值时电源模块输出被禁止。Io●精确自恢复截止式:输出电流到达保护点电源模块输出被禁止负载减轻电路自恢复。在大部分电路中使用恒流式与截止式较多比较理想的保护方式是精确自恢复截止式或者恒流截止式保护。其中恒流式、回折式保护本质上就是自恢复的但输出短路时的功耗较大尤其是恒流式。而截止式、恒流截止式保护的自恢复特性须加辅助复位电路来完成自恢复其输出过载时的功耗可以通过复位电路的周期进行调整即调整间歇启动的时间间隔。一般电流保护~倍标称输出电流。精确自恢复截止式电流保护点设定为标称输出电流倍或倍。一般输出有过压嵌位保护。、负载瞬态响应Vo当输出的负载迅速发生变化时输出的电压会出现Vo上冲或下跌。电源模块经过调整恢复原输出电压。这个响应过程中有两个重要的指标:过冲电压(Vo)和恢复时间(tr)。过冲越小恢复时间越短系统响应速度越快。一般在的标称负载阶跃变化输出电压的tr过冲为VO恢复时间为µS左右。、外围推荐电路)输出电压的调节:本公司产品中有TRIM输出管脚的产品可以通过电阻或电位器对输出电压进行一定范围内的调节。将电位器的中心与TRIM相连在有SS管脚的模块中其他两端分别接S、S没有相应主路的输出正负极(S接VoS接GND上调节电位器即可。辅路跟随主路调节。电位器阻值根据输出电压的大小选用~KΩ比较合适。一般微调范围为±。KΩ在直接与输出正负极相连时请单独走线以免引入其他不必要的干扰。)遥控开关电路模块的遥控开关操作是通过REM端进行控制的。一般控制方式有两种:●正逻辑控制方式:REM端接高电平或悬空状控制信号态模块工作REM端接低电平状态模块关断。●负逻辑控制方式:REM端接低电平状态模块工作REM端接高电平或悬空状态模块关断。R●高低电平值参见产品系列说明。●如果控制需要与输入端隔离则可以使用光耦KΩ作为传递控制信号。如右图所示R只有在“悬空关断”的控制方式时才有必要使用。)DCDC产品输入保护电路:本公司的PWM开关电源模块都有内置的滤波器能满足一般电源应用的要求。但如果对需要更高的要求的电源系统中可以增加输入滤波网络。可以采用简单LC或型网络如右图用户可根据实际电路情况选择合适的电容和电感元件。VINLRCCGND推荐用户使用下图的电路输入加铝电解电容以吸收模块输入端的电压尖峰并为模块提供一定的维持电压一般在~W功率V输入的模块选择几十微法左右的电容较为合适。考虑到纹波的因素尽量先用低ESR的电容。为了防止输入电源瞬态高压将电源模块烧毁建议用户在输入端接瞬态吸收二极管并配合保险管VINRDD使用确保模块在安全的输入电压范围内。为了降低共模噪声可以增加Y电容。一般选择C~nF高频电容。GND在图中R为保险管、D为反接保护二极管、CyC为滤波电容(如铝电解电容)、Cy为Y电容。D为瞬态吸收二极管(PKE系列)。电源模块(Vo)STRIM(GND)S电源模块VinVinREM电源模块VINVIN电源模块VINVINFG标称电压厂家VMotorolaVMotorolaVMotorola)冗余热备份电路将相同的模块输出通过二极管并联使输出能力增倍同时提高了电源系统的可靠性.原则上如果配合相应输出告警电路将模块放在可以拆卸的母线上出现故障的模块及时更换电源系统将有非常高的可靠性。这种方法并联的模块没有数量的限制。下图中D一般为肖特基二极管在D之前可以加告警电路来反映模块的好坏。模块也须使用TRIM进行相应的调整。DDRL冗余热备份)ACDC产品外围推荐电路如下图所示L为火线FUSE为熔断器N为零线C为高频特性好的瓷片电容或聚酯电容FG为机壳E为铝电解电容RT为压敏电阻(标称电压V以上)直径mm以上。因模块电源已内置输出铝电解电容用户可以不加E电容。如果用户的空间足够大也可以选择允许的耐压值容量不大于模块允许的容性负载值的铝电解电容以提高模块的使用寿命。FUSERTL~CEINPUTVN负载uFFG(图)输入电压范围~V~V~V推荐瞬态吸收二极管PKEAPKEAPKEAVOVO模块STRIMSVOVO模块STRIMSLVoACACN 模块电源VoFG、热设计加散热器强迫风冷由于电源模块的转换效率不可能是因此自身有定的功耗电源模块本身发热的高低不降额主要取决于电源模块的转换效率。在一定外壳散热条件下电源模块存在一定的温升(即壳温与环境温度的差异)。电源模块外壳散热表面积的大小直接影响温升。对于环境温度较高的地方静止空气须将模块降额使用以减小模块的功耗从而减小温升保证外壳温度不超过极度限值。推荐用户根据环境条件降额使用模块电源以获得较大的安全余量。右图给出了各种条件下的降额曲线用户可以估算一下需要降额的幅度。温度(℃)各种条件下的降额曲线对于功率较大的模块须加相应的散热器以使模块的温升下降。不同的散热器在自然散热的条件下有不不同的对环境的热阻主要影响散热器热阻的因素是散热器的表面积。一、散热器的选择:散热器的选择步骤如下:、由产品说明书我们可以知道:电源模块的效率(η)最大基板允许温度(Tmax),则:电源的耗散功率:PD=PO(η)η()温差:△T=TmaxTa()式中:Ta为环境温度。、由前面的公式(),()可以求出电源模块消耗的PD及模块外壳与周围流体(空气)的温差△T。这样散热器所需要的热阻Rth可由下式求出:Rth=△TPD()接下来我们只要查散热器的产品目录或手册从中找出与电源模块尺寸相当的、在合适环境及自然对流与辐射下的热阻值小于Rth的散热器即可。、我们也可以采用铝平板作为散热器如图是铝平板散热器的热阻曲线图选择符合要求的铝平板散热器的尺寸即可。如果用户手中有散热器又不知道其参数可查得的铝平板散热器的尺寸估算一下手中散热器面积合适与否。因为自冷式散热器最主要的参数是散热面积。R(th)saR(th)sa(℃W)散热面积(cm²)散热面积(cm²)(a)水平放置(b)垂直放置热阻℃W输出功率百分比水平放置垂直放置厚mm厚mm厚mm厚mm、在强制风冷的情况下散热器的选择与自然对流情况下的散热器的选择其方法是类似的。虽然流体(空气)温度对决定需要多大的热阻很重要但不是选择散热器的主要元素只有气流速度才是选择散热器热阻的重要因素。右图某散热器热阻与空气流速典型关系曲线。客户可根据此曲线趋势、风速来确定热阻再选择散热器。其中LFM(LinearFeetperMinute)=*‐³二、装嵌方式:在自然对流和辐射情况下散热器安装的一般指导原则是:对于长方形的电源而言基板较长的方向应该是水平的。沟道应该垂直以便于形成“烟囱效应”而有利于散热。当有外界强制风冷的情况下电源模块的放置要以不对气流的自由流动形成障碍为原则。散热器与模块电源之间一定要涂一层导热脂气流速度(LFM)散热器与铝基板之间的结合要紧密但不要因过紧散热器热阻与空气速流的关系曲线造成变形。、可靠性设计本公司提供的可靠性参数MTBF是根据MILHDBK可靠性预测的标准计算出来的在计算过程中考虑现代器件的发展状态根据一些厂家提供的可靠性指标进行了一定的修正。温度是影响电源模块整体可靠性的重要因素一般每降低℃模块的MTBF增大。在较高的温度下MTBF迅速下降。因此尽量降代模块的温度对提高其可靠性有很大好处。重要提示:工业级产品必须进行型式认定单列直插式SIP产品在震荡实验中由于引脚和产品受力不平衡易于造成引脚断裂和产品脱落本公司建议应用者尽量使用双列直插DIP型的产品。电源基础

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