電源基礎(chǔ)知識介紹ppt精選課件

.,電源基礎(chǔ)知識介紹,電源和通用芯片技術(shù)組,.,內(nèi)容提要,簡介開關(guān)電源的原理開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展趨勢電源基本指標(biāo)測試,.,簡介,廣義上來講，目前任何一個電子設(shè)備都需要一個直流電源來供電這個直流電源可以是電池或是一個電源（PowerSupply）；大多數(shù)電源需要一個經(jīng)過輸入輸出濾波的，并且輸出是需要精確控制的，等等電源：把一種電能變換成所需要的電能形式的裝置。,.,簡介,電源分類：1、電源按能量變換方向區(qū)分有以下四類：AC/DC電源power；DC/DC變換器converter；DC/AC逆變器inverter；AC/ACUPS/變頻器transducer；以上四類在通信系統(tǒng)中都有應(yīng)用，其中AC/DC電源與DC/DC變換器是應(yīng)用最廣的電源。,.,簡介,2、按應(yīng)用環(huán)境區(qū)分：通信電源、工業(yè)電源、軍用電源、民用電源3、按結(jié)構(gòu)和功能區(qū)分：一次電源模塊、二次電源模塊、電源系統(tǒng)4、按設(shè)計原理區(qū)分：傳統(tǒng)的線性電源（包括單板內(nèi)使用的電壓調(diào)整器，利用開關(guān)管線性穩(wěn)壓）、現(xiàn)代開關(guān)電源（高頻DC/DC變換器）,.,簡介,目前在我司數(shù)通產(chǎn)品上應(yīng)用的電源主要是AC/DC和DC/DC電源。不同點AC/DC電源的輸入電壓為交流；DC/DC電源的輸入電壓為直流，可以是電池或另外一個輸出為直流的電源；相同點輸出電壓都是經(jīng)過精密調(diào)整的直流電壓；采用的電壓變換技術(shù)基本都是PWM技術(shù)；都可以根據(jù)客戶的需求，提供原副邊的高頻隔離等；,.,簡介,線性電源開關(guān)電源DC/DC變換器開關(guān)電源的技術(shù)發(fā)展趨勢,.,線性電源,1.線性電源的一般定義利用功率三極管或MOSFET放大區(qū)工作特性，和反饋網(wǎng)絡(luò)控制其導(dǎo)通特性并依賴自身的損耗，保持輸出電壓穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換裝置。主要包括如下幾個功能單元：整流變換：將AC輸入電壓變換成為直流輸出電壓；濾波：平滑整流輸出中所含有的紋波電壓；電壓變換功能：將交流的輸入電壓轉(zhuǎn)換為另一種合適的直流電壓；調(diào)整：實現(xiàn)在輸入電壓變化、負載變化以及溫度變化時，維持輸出恒定的功能；隔離：電源中原邊和副邊在電氣上的隔離；,.,線性電源,2):理想電源的特征-穩(wěn)定的電壓輸出，（與輸入，負載，溫度及時間等的變化無關(guān)）；-零輸出阻抗（對任何頻率）；-100%的變換效率；-純凈的直流輸出波形（無噪音及紋波）等.,.,線性電源,雖然有很好的調(diào)整率，但實際上，輸出電壓是隨著輸入電壓、輸出負載、工作溫度的變化等變化的；這些變化量是可以測量的，如：負載調(diào)整率，源調(diào)整率，溫度變化率等；,3、實際電源的特性,.,線性電源,4):線性電源的結(jié)構(gòu)框圖,.,線性電源,開關(guān)管功率損耗：Iox（Vg-Vo）輸入功率：Pin=VgxIo,5.典型的線性電源電路,.,線性電源,6、線性電源的優(yōu)點與缺點優(yōu)點:-實現(xiàn)簡單、小功率變換成本低廉-低輸出紋波與噪音-極好的電壓與負載調(diào)整率-快速響應(yīng)時間-無高頻開關(guān)紋波EMI缺點:-功率密度不高，大功率體積大-低效率-消耗鋼材-保持時間短、控制特性不好,.,線性電源,7、線性電源典型應(yīng)用AC/DC電源桌面辦公小功率終端設(shè)備（Adapter,10w-20w）：電話、MODEM、隨身聽、ISDN話機。DC/DC線性變換小功率變換，電流一般小于3A，功率損耗一般建議小于2W；電路簡單，占用單板面積小，典型器件：LM7805、LT1084、LT1085、等。超低壓差電壓變換，例如使用LT1764、MIC29302，壓降滿足0.5V以上即可以輸出穩(wěn)定電壓。利用線性變換降低開關(guān)電源的紋波，給紋波敏感電路（例如敏感模擬電路）供電，抑制開關(guān)紋波的干擾。,.,線性電源,8、線性電壓調(diào)整器的設(shè)計考慮因素：壓差輸出電流損耗功率輸入電壓范圍,.,線性電源,9、線性電壓調(diào)整器的設(shè)計實例,.,開關(guān)電源,.,開關(guān)電源,定義：利用功率半導(dǎo)體器件使變壓器工作在高頻開關(guān)狀態(tài)（飽和導(dǎo)通或截止），利用L、C儲能并通過PWM控制獲得需要的電壓的裝置。1、開關(guān)電源的缺點與優(yōu)點優(yōu)點:-高效率、體積小;-高功率密度;-寬的輸入電壓范圍及帶載能力;-更多的功能,等.缺點:-高噪音及EMI;-慢響應(yīng)時間;-較差的調(diào)整率,etc.,.,開關(guān)電源,2、開關(guān)電源與線性電源的優(yōu)缺點比較,.,開關(guān)電源,3、開關(guān)電源和線性電源的典型指標(biāo)比較,.,開關(guān)電源,4、開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu),.,開關(guān)電源,5、DC/DC變換器原理框圖,.,開關(guān)電源,6、常用隔離DC/DC變換器拓撲及工作原理介紹反激變換器適用與小功率應(yīng)用場合，拓撲結(jié)構(gòu)簡單；噪聲較大；控制性能較難優(yōu)化；,.,開關(guān)電源,反激式工作波形波形,.,開關(guān)電源,單端正激變換：適用與中大功率應(yīng)用場合；噪聲小，控制性能容易優(yōu)化；被廣泛應(yīng)用；類型：諧振復(fù)位；三繞組復(fù)位；有源復(fù)位等,.,開關(guān)電源,正激式工作波形波形,.,開關(guān)電源,非隔離的DC/DC變換器基本的無隔離變換器拓樸Buck變換器Boost變換器Buck/boost變換器BasiCuk變換器Cuk變換器Sepic變換器Zeta變換器,.,開關(guān)電源,Buck（降壓）變換,.,開關(guān)電源,Buck電路的特點：1)Vo是Vs在Ts內(nèi)的平均值，因此Vo總比Vs小。變換器可以看作是低通電壓斬波器。2)輸入電流是脈動的，紋波大；輸出電流是連續(xù)的，紋波小。3)應(yīng)該避免工作在斷續(xù)狀態(tài)，以防止開關(guān)管承受過高電壓，及續(xù)流二極管承受過大電流。,.,開關(guān)電源,Boost升壓變換器,.,開關(guān)電源,Boost電路的特點1）輸入電流紋波小，輸出電流紋波大。開關(guān)管、二極管的電流總是脈動的。過大的電壓、電流應(yīng)力容易損壞器件。2）連續(xù)方式下，紋波電流隨電感的增大而變小。3）在BOOST電路中，不能空載，否則輸出電壓很高，有可能損傷電路中器件。,.,開關(guān)電源,Buckboost變換器,.,開關(guān)電源,Buck-Boost電路的特點1）輸出電壓與輸入電壓反相。2）電壓增益隨d變化，可以升壓也可以降壓。3）輸入輸出電流都是脈動的，在應(yīng)用時需要加濾波器，以減少電磁干擾，電路較復(fù)雜。4）由于大電流脈動，所以需要考慮開關(guān)管的電壓應(yīng)力和二極管的電流應(yīng)力。,.,開關(guān)電源,7、AC/DC開關(guān)電源實例,.,開關(guān)電源,AC/DC開關(guān)電源實例(續(xù))上面電路是一個典型的反激變換器，具有輸入電壓范圍寬（92V-270V）、體積小、電路簡單的優(yōu)點；主要用于筆記本電腦、手機充電器、以及其他小功率設(shè)備。,.,開關(guān)電源,8、DC/DC開關(guān)電源實例,.,開關(guān)電源,DC/DC開關(guān)電源實例（續(xù)）控制功能端CNT（又名ON/OFF、Remote、Enable）：通過對CNT端高低電平的控制，實現(xiàn)模塊輸出有效的使能。分正邏輯和負邏輯，分別對應(yīng)高、低電平使模塊輸出有效；輸出調(diào)整功能(TRM)：模塊通常允許10的輸出電壓調(diào)整，通過改變輸出電壓反饋回路中分壓比，實現(xiàn)輸出電壓的微調(diào)。通過TRIM端并聯(lián)電阻，來改變反饋回路的分壓值。根據(jù)調(diào)節(jié)誤差放大器輸入電壓采樣值或參考電壓值的不同方式，可分為正邏輯和負邏輯兩種模式。輸出線路壓降補償（Sense）：電源的輸出電壓反饋采樣一般都設(shè)計在輸出Pin上。在用戶板上當(dāng)負載線較長，負載電流大時，導(dǎo)線上的壓降不可避免。為保證負載電壓為設(shè)定值，業(yè)界將采樣端從輸出Pin移到負載端的SensePin。設(shè)計中通過Vout與Sense間接一小電阻，作為線路壓降的分壓。以保證Sense端電壓近似于負載端電壓。Rs相對于R1、R2小很多，通常Rs取10。缺陷是當(dāng)Vout接觸不良時，負載電流流經(jīng)Rs，容易燒壞電阻Rs。,.,開關(guān)電源,9、非隔離DC/DC開關(guān)電源實例,BUCK型開關(guān)電源,.,開關(guān)電源,非隔離DC/DC開關(guān)電源實例（續(xù)）上面是一個我司單板最常用的一個BUCK降壓電路，控制器是TPS40071。Q2是同步整流開關(guān)管，對應(yīng)于前面提到的BUCK拓撲電路的二極管D。,.,開關(guān)電源,10、開關(guān)電源其它常用功能介紹原邊CNT（ON/OFF）功能提供控制模塊關(guān)斷的邏輯功能原邊過溫保護（OTP）保護模塊工作于一定的溫度范圍內(nèi)，自身保護的一種原邊欠壓保護（UVP）自我保護的一種，同時也是保證系統(tǒng)正常工作的一種電路原邊限流保護（OCP）模塊自身的保護，保護在副邊電路發(fā)生故障時，不使故障擴大副邊過壓保護（OVP）保護用戶電路在模塊發(fā)生故障時不會損壞副邊電壓調(diào)整功能（TRIM端）根據(jù)客戶的需要適當(dāng)調(diào)高/降低模塊的輸出電壓副邊輸出電壓補償功能（SENSE）補償用戶端線路壓降，保證用戶電路端的電壓滿足要求,.,開關(guān)電源,11、開關(guān)電源的特征總結(jié)-效率和尺寸高頻隔離、高開關(guān)頻率高功率密度-開關(guān)模式運行高的di/dt和dv/dt，電路中的雜散參數(shù)，二極管的反向恢復(fù)等高的輻射干擾，傳導(dǎo)干擾-開關(guān)干擾傳導(dǎo)干擾：通過輸入輸出濾波器降低；輻射干擾：通過金屬殼的屏蔽、PCB的布板等來解決；,.,開關(guān)電源,12、主要封裝對應(yīng)尺寸：(mm)1/4磚：57.936.812.7半磚：61.057.912.73/4磚：87.661.012.7全磚：116.861.014.0,.,開關(guān)電源,13、電源模塊應(yīng)用主要參數(shù)：輸入電壓范圍：48V36V72V24V18V36V輸出電壓范圍：額定1輸出額定電流：應(yīng)用中超過該額定值，輸出電壓跌落，通常模塊設(shè)計中會有一定的裕度。輸出額定功率：該指標(biāo)與輸出電流相對應(yīng)，在單板設(shè)計中，模塊功率降額通常為80%。輸出效率：同功率模塊，效率越低，發(fā)熱越嚴(yán)重。輸出紋波：50mV負載調(diào)整率：0.5%電壓調(diào)整率：0.2%,.,電源技術(shù)的發(fā)展趨勢,1、輸入功率因數(shù)校正技術(shù)減少電力電子設(shè)備對電網(wǎng)的污染IEC-1000-3-2標(biāo)準(zhǔn)主電路方案：-無源波形矯正技術(shù)-有源波形矯正技術(shù)兩級：BoostPFC前置級+DC/DC;一級：包含一級PFC與DC/DC,.,電源技術(shù)的發(fā)展趨勢,2、低電壓高功率密度DC/DC變換技術(shù)無負載快速瞬態(tài)響應(yīng)特性要求用于電信的DC/DC模塊48V或24V輸入5V、3.3V、2.5V、1.8V、1.5V、1.2V、1.0V、12V、15V、18V、24V、28V、48V單路或多路輸出功率從10W到150W體積從全磚、半磚、1/4磚、1/8磚,.,電源技術(shù)的發(fā)展趨勢,3、低電壓高功率密度DC/DC變換技術(shù)有快速負載瞬態(tài)響應(yīng)要求，以超高速CPUdc/dc電源為代表的VRM（電壓調(diào)節(jié)器模塊）二類：非隔離VRM，隔離VRM輸入:12V,24V,48V;輸出:2.5V,2.0V,1.8V,1.5V,1.2V,1.0V;負載:0Ato70A;變化率:30A/us(present)to150A/us(future)高的輸出調(diào)節(jié)特性,.,電源基本指標(biāo)測試,1、輸出電壓精度在額定輸入電壓和額定負載下，輸出電壓用電壓表測量，測量值與正常的額定值之間有一定的差別、這個差值用百分比來計算就是輸出電壓精度。Vo：由高精度的并進過校正的直流電壓表所測得的輸出直流電壓；Vo(nominal)：規(guī)定的標(biāo)稱輸入電壓.accuracy：精度,.,電源基本指標(biāo)測試,2、輸入調(diào)整率（源效應(yīng)）額定的負載條件下，輸入電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)變化時、被測電源的輸出端亦發(fā)生相應(yīng)的微小變化。這個輸出電壓隨輸入電壓變化的百分比稱為輸入調(diào)整率。,.,電源基本指標(biāo)測試,3、負載調(diào)整率（負載效應(yīng)）在額定輸入電壓條件下，空載或最小負載下的輸出電壓和滿載輸出電壓的差值與額定負載下輸出電壓的百分比。它表征了負載變化對電源輸出電壓的影響程度。這種變化用百分比表示如下：,Vo:額定負載下測得的輸出電壓Vo1:在無負載情況下及最小負載下測得的輸出電壓注:許多開關(guān)電源有負載范圍,比如20%-100%.LoadRegulation:負載調(diào)整率,.,電源基本指標(biāo)測試,4、輸出紋波和噪聲紋波和噪聲是疊加在直流輸出電壓上的交流成分，在一次電源中紋波的頻率大約是工頻的2倍即100Hz。噪聲主要是由PWM調(diào)節(jié)引起，一般電源的開關(guān)頻率在100200KHz之間，所以開關(guān)噪音的頻率也在這個范圍之內(nèi)。非周期性隨意出現(xiàn)的部分成為噪音。二次電源的紋波和噪聲沒有一次電源有規(guī)律，主要是由輸出濾波電容的充放電、PWM調(diào)節(jié)和干擾引起。與電源開關(guān)頻率同頻的波動即紋波，高頻雜波部分即噪聲。,.,電源基本指標(biāo)測試,紋波和噪聲的組成：整流紋波（RectifiedmainRIPPLE），頻率為100Hz左右，由整流器整流產(chǎn)生的；開關(guān)紋波（PWMfrequencyRIPPLE），頻率為開關(guān)電源的開關(guān)頻率，由開關(guān)管開通和關(guān)斷產(chǎn)生的；開關(guān)噪聲（SwitchingNOISE），