編號(hào)2：開(kāi)關(guān)電源知識(shí)

1SwitchingPowerSupplyIntroduceTENPAO2目錄第1章開(kāi)關(guān)電源基本知識(shí)第2章開(kāi)關(guān)電源基本特性第3章開(kāi)關(guān)電源安規(guī)特性第4章能效要求第5章開(kāi)發(fā)階段3第1章充電器基本知識(shí)1.1開(kāi)關(guān)電源概述廣義地說(shuō)，凡是用半導(dǎo)體功率器件作為開(kāi)關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種電源形態(tài)的電路就叫開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換時(shí)用自動(dòng)控制閉環(huán)穩(wěn)定輸出的就成為開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源被廣泛應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、彩色電視機(jī)、衛(wèi)星通訊設(shè)備、程控交換機(jī)、精密儀表等電子設(shè)備。高耐壓的大功率MOS管的廣泛應(yīng)用使開(kāi)關(guān)電源的工作頻率由最初的20kHz提高到100kHz，又使開(kāi)關(guān)電源的體積更小，重量更輕，效率更高。41.2開(kāi)關(guān)電源換電壓方式分類(lèi):開(kāi)關(guān)電源可以分為四類(lèi):1.AC-DC稱(chēng)之為整流.2.DC-AC稱(chēng)之為逆變.3.AC-AC稱(chēng)之為交-交變頻（或變壓）.4.DC-DC稱(chēng)之為直流-直流變換。51.3開(kāi)關(guān)電源與線(xiàn)性電源的比較1.體積：

線(xiàn)性電源主要是通過(guò)工頻變壓器實(shí)現(xiàn)降壓目的，處理的功率越大，工頻變壓器的體積就越大，線(xiàn)性電源的體積也就越大；開(kāi)關(guān)電源因?yàn)槭峭ㄟ^(guò)高頻轉(zhuǎn)換電路來(lái)達(dá)到降壓的目的，當(dāng)處理的功率越大時(shí)，可以通過(guò)提高工作頻率的方式來(lái)保持體積不變，甚至變得更小。2.效率：

線(xiàn)性電源主要是在工頻變壓器降壓后使用線(xiàn)性穩(wěn)壓器達(dá)到穩(wěn)壓目的，當(dāng)輸入電壓上升時(shí)，線(xiàn)性穩(wěn)壓器將有更多的損耗，比如在輸入10V時(shí)使用線(xiàn)性穩(wěn)壓器使輸出電壓穩(wěn)定在5V，此時(shí)線(xiàn)性穩(wěn)壓器上將有5V的壓降，整個(gè)線(xiàn)性電源的效率將低于50%（因?yàn)楣ゎl變壓器本身也有損耗）；而一個(gè)50W，5V輸出的開(kāi)關(guān)電源的效率可以實(shí)現(xiàn)在80%以上。63.輸入電壓的范圍：因?yàn)楣ゎl變壓器只是通過(guò)其線(xiàn)圈匝比進(jìn)行降壓，當(dāng)輸入電壓的范圍越大時(shí)，線(xiàn)性穩(wěn)壓器的輸入端電壓變化越大，在最高輸入電壓的效率越低，損耗更大；而一般開(kāi)關(guān)電源的電壓調(diào)整率可以做到0.5%甚至更高。4.EMC：由于開(kāi)關(guān)電源是通過(guò)高頻轉(zhuǎn)換來(lái)處理功率，工作頻率在20kHz~150kHz甚至更高，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件在開(kāi)關(guān)瞬間會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁噪聲；相對(duì)而言線(xiàn)性電源不存在開(kāi)關(guān)工作，產(chǎn)生的高頻電磁噪聲幾乎沒(méi)有。5.成本:小功率段:線(xiàn)性電源因元件少而成本較便宜.中大功率:因銅價(jià)的不斷上漲,輸出功率越大,線(xiàn)性電源的成本就不斷上升.而開(kāi)關(guān)電源隨著技術(shù)的發(fā)展,而成本越來(lái)越低.71-1開(kāi)關(guān)電源整體功方框圖ACINPWM控制電路EMI濾波電路高壓整流濾波隔離變壓器整流濾波電路直流輸出初級(jí)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路反饋控制電路保護(hù)電路1.4.開(kāi)關(guān)電源功能方框圖及介紹:8EMI濾波電路：主要由共模電感、差模電感、X電容和Y電容組成，其目的是為了保護(hù)開(kāi)關(guān)電源能正常工作不受外部電磁干擾的影響以及防止開(kāi)關(guān)電源本身制造的電磁噪聲干擾其它電子設(shè)備。B.高壓整流濾波電路：主要由橋式整流器和輸入電容組成，其目的是將輸入的交流電進(jìn)行初步的整流濾波得到一個(gè)初步的直流電。C.初級(jí)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路和次級(jí)整流濾波線(xiàn)路：初級(jí)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路和次級(jí)整流濾波線(xiàn)路是開(kāi)關(guān)電源的主要組成部分，主要由隔離變壓器，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和二次側(cè)的整流半導(dǎo)體、濾波電容組成，作用是將初步整流濾波所得的直流電轉(zhuǎn)化為輸出所需要的直流電并滿(mǎn)足部分輸出特性，比如輸出紋波電壓。9D.PWM控制電路：

由PWM控制集成電路和其周邊的起輔助作用的電阻電容組成，是開(kāi)關(guān)電源的核心，其作用是通過(guò)控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)來(lái)得到所希望的輸出電壓。E.反饋控制回路：

由輸出電壓采樣線(xiàn)路、反饋光耦、提供獨(dú)立參考電壓的輔助線(xiàn)路和其它一些閉環(huán)控制所需的電容電阻組成，作用是將輸出的電壓轉(zhuǎn)化為某種特定的信號(hào)傳送給初級(jí)的PWM控制線(xiàn)路。F.輸出保護(hù)線(xiàn)路：

由輸出采樣線(xiàn)路、反饋光耦、提供獨(dú)立參考電壓的輔助線(xiàn)路和其它一些輔助的電容電阻組成，其作用是在某些異常情況下保護(hù)輸出端連接的電子設(shè)備和開(kāi)關(guān)電源本身，比如輸出過(guò)電壓和輸出過(guò)載。101.5開(kāi)關(guān)電源電路圖24W電路圖11第2章開(kāi)關(guān)電源基本特性所有測(cè)試項(xiàng)目1.POWERFACTOR&EFFICIENCYTEST/功率因素和效率測(cè)試

2.ENERGYEFFICIENCYTEST/能效測(cè)試(CECSTANDARD)3.

ACI/PCURRENTTEST/輸入電流測(cè)試4.INRUSHCURRENTTEST/浪涌電流測(cè)試5.

LINEREGULATIONTEST/電壓調(diào)整率測(cè)試6.LOADREGULATIONTEST/負(fù)載調(diào)整率測(cè)試7.BROWNOUT&RECOVERYTEST/輸入緩慢變動(dòng)測(cè)試128.RIPPLE&NOISETEST/紋波及噪聲測(cè)試9.RISETIMETEST/上升時(shí)間測(cè)試

10.TURNONDELAYTIMETEST/開(kāi)機(jī)延遲時(shí)間測(cè)試11.HOLDUPTIMETEST/關(guān)機(jī)維持時(shí)間測(cè)試12.OUTPUTOVERSHOOTTEST/輸出過(guò)沖幅度測(cè)試

13.OUTPUTTRANSIENTRESPONSETEST/輸出暫態(tài)響應(yīng)測(cè)試14.OVERCURRENTPROTECTIONTEST/過(guò)流保護(hù)測(cè)試

15.SHORTCIRCUITPROTECTIONTEST/短路保護(hù)測(cè)試

16.OVERVOLTAGEPROTECTIONTEST/過(guò)壓保護(hù)測(cè)試17.MAX.ANDMIN.LOADCHANGETEST/重輕載變化測(cè)試18.INPUTVOLTAGECHANGETEST/輸入電壓變動(dòng)測(cè)試1319.POWERON/OFFCYCLETEST/電源開(kāi)關(guān)循環(huán)測(cè)試20.COMPONENTTHERMALTEST/元件溫升測(cè)試21.COMPONENTSTRESSANALYSIS/元件應(yīng)力分析22.HIGHTEMPOPERATIONTEST/高溫操作測(cè)試23.HIGHTEMP.&HUMIDITYSTORAGETEST/高溫高濕儲(chǔ)存測(cè)試24.LOWTEMP.OPERATIONTEST/低溫操作測(cè)試25.

LOWTEMP.STORAGETEST/低溫儲(chǔ)存測(cè)試26.

LOWTEMP.STARTINGUPTEST/低溫啟動(dòng)測(cè)試27.TEMPERATURECYCLINGTEST/溫度循環(huán)測(cè)試28.

THERMALSHOCKTEST/冷熱沖擊測(cè)試29.

HI-POTTEST/絕緣耐壓測(cè)試1430.INSULATIONRESISTANCETEST/絕緣阻抗測(cè)試31.

LEAKAGECURRENTTEST/漏電流測(cè)試32.UNITDROPTEST/跌落測(cè)試33.BALLPRESSURETEST/球壓力測(cè)試34.

LIGHTNINGSURGETEST/雷擊測(cè)試35.

ESDTEST/靜電放電測(cè)試36.

EMITEST/電磁干擾測(cè)試(CONDUCTION)37.COMPONENTOPEN&SHORTTEST/元件的開(kāi)路和短路測(cè)試38.UNITVIBRATIONTEST/振動(dòng)測(cè)試39.MTBFESTIMATION/平均故障間隔時(shí)間估算40.ELECTROLYSISCAPACITANCELIFECALCULATION/電容壽命41.

BURNINTEST/老化試驗(yàn)152.1Inrushcurrent:

常規(guī)特性Fig1-1InrushCurrent--240Vac(50Hz)@CC=0.45AInrushCurrentInputVoltage162.2Outputrippleandnoise:Fig2-1Ripple&Noise--90Vac(60Hz)@CV=4.75V172.3Outputovershoot:Fig3-1Overshoot--90Vac(60Hz)@CC=0.0A182.4Turnondelaytime:Fig4-1Turnondelaytime--90Vac(60Hz)@CC=0.45AOutputVoltageInputVoltage192.5Holduptime:Fig5-1Holduptime--115Vac(60Hz)@Max.loadInputVoltageOutputVoltage202.6Outputtransientresponse:

Fig6-1Transientresponse--90Vac(60Hz)@(20-80%)*0.45A212.7Outputshortcircuit:Fig7-1ShortCircuit--90Vac(60Hz)@CC=0.45A222.8OutputOVP:Fig8-1OVP--90Vac(60Hz)@Unload232.9OutputOCP:Fig9-1OCP--90Vac(60Hz)@CC=0.45AOutputCurrentOutputVoltage242.10Max.andmin.loadchange:Fig10-1Max..&Min.loadchange--90Vac(60Hz)252.11Risetime:Fig11-1Risetime--90Vac(60Hz)@CV=4.75V262.12Inputvolt.Change:Fig12-1Inputvolt.change--90-180Vac(50Hz)&0.45A272.12Inputvolt.Change:Fig12-1Inputvolt.change--90-180Vac(50Hz)&0.45A282.12Inputvolt.Change:Fig12-1Inputvolt.change--90-180Vac(50Hz)&0.45A29第3章開(kāi)關(guān)電源基本安規(guī)要求

3.1安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)通常按滿(mǎn)足60950安規(guī)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì).

一次側(cè)對(duì)二次側(cè)：DC4242V(或AC3000V),3.5mA標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試1分鐘,量產(chǎn)測(cè)試3秒鐘.

3.2絕緣介電強(qiáng)度（耐壓）輸入對(duì)輸出10

兆歐姆(500VDC)最小.

3.3絕緣阻抗30

3.5

ESD標(biāo)準(zhǔn)

開(kāi)關(guān)電源常規(guī)為4KV接觸放電,8KV空氣放電;(特殊為8KV接觸,12KV空氣)

3.6雷擊標(biāo)準(zhǔn)

開(kāi)關(guān)電源常規(guī)為L(zhǎng)對(duì)N1KV

3.4EMI標(biāo)準(zhǔn)

開(kāi)關(guān)電源要符合輻射及傳導(dǎo)要求,滿(mǎn)足FCCCLASSB,EN55022CLASSB

.通常會(huì)控制在6dB以上裕量.3.7EN60065正常條件下的溫度規(guī)格:31EN60065正常條件下的溫度規(guī)格1.INLETtemperature70(安規(guī)證書(shū)規(guī)定值)2.MOV按材料規(guī)格書(shū)規(guī)定溫度值3.XCAPtemperature標(biāo)稱(chēng)溫度值(參考85/100)4.線(xiàn)圈溫度(熱電偶法)90（classA）105（classE）110（classB）橋堆溫度按材料規(guī)格書(shū)規(guī)定溫度值二極體溫度按材料規(guī)格書(shū)規(guī)定溫度值濾波電容溫度按材料規(guī)格書(shū)規(guī)定溫度值MOSFET及功率三極管溫度按材料規(guī)格書(shū)規(guī)定溫度值YCAPtemperature標(biāo)稱(chēng)溫度值(參考85/125)光耦temperature標(biāo)稱(chēng)溫度值(參考85/100)PCBtemperature105/130Casesurfacetemperature95D(注：如果外殼材料溫度低于此溫度，則以UL黃卡為基準(zhǔn)）32第4章能效要求

4.1各國(guó)與地區(qū)能效要求說(shuō)明見(jiàn)下表能效認(rèn)證要求說(shuō)明（適用的外部電源產(chǎn)品）國(guó)家或地區(qū)美國(guó)加州美國(guó)其它地區(qū)歐洲地區(qū)(EUP)澳洲地區(qū)(MEPS)備注是否強(qiáng)制要求是否否是其它國(guó)家及地區(qū)目前并無(wú)明確的相關(guān)能效規(guī)定。能效級(jí)別最低要求III、IVIII沒(méi)有明確定義等級(jí),但其要求比美國(guó)IV級(jí)能效更嚴(yán),空載功耗具體要求如下:

≤0.30W(0至小于60W電源)

≤0.50W(60至150W電源)

III

(能效等級(jí)限制值等同美國(guó)能效等級(jí))能效實(shí)施時(shí)間III(2006.7.1)、IV(2008.7.1)2008.1.12007.1.1

2008.4.1是否需申請(qǐng)是是是是申請(qǐng)費(fèi)用無(wú)無(wú)無(wú)USD:1,500.00申請(qǐng)時(shí)間10天15天15天暫未定其它說(shuō)明我司天祥實(shí)驗(yàn)室已取得CEC認(rèn)可，只要我司實(shí)驗(yàn)室出具測(cè)試合格報(bào)告即可掛能效標(biāo)志,無(wú)費(fèi)用產(chǎn)生。我司已獲得能源之星(EnergyStar)的許可，只要提交測(cè)試報(bào)告申請(qǐng)報(bào)備即可，無(wú)費(fèi)用產(chǎn)生。認(rèn)可能源之星網(wǎng)站上的數(shù)據(jù),我司已獲得能源之星(EnergyStar)的許可，只要提交測(cè)試報(bào)告申請(qǐng)報(bào)備即可，無(wú)費(fèi)用產(chǎn)生。暫不能申請(qǐng)。33現(xiàn)在采用的判定標(biāo)準(zhǔn)（CEC能效標(biāo)準(zhǔn)Ⅳ等級(jí)）新的判定標(biāo)準(zhǔn)（草案）標(biāo)示額定輸出功率Pno(W)最小平均效率η標(biāo)示額定輸出功率Pno(W)最小平均效率η0＜Pno≤1≥0.5*Pno0＜Pno≤11.Vo<6V:≥0.497*Pno+0.0672.Vo≥6V:≥0.48*Pno+0.141<Pno≤51≥0.09*Ln(Pno)+0.51＜Pno≤491.Vo<6V:≥0.075*Ln(Pno)+0.5612.Vo≥6V:≥0.0626*Ln(Pno)+0.622Pno＞51≥0.85Pno＞49≥0.87標(biāo)示額定輸出功率Pno(W)最大空載功率(W)標(biāo)示額定輸出功率Pno(W)最大空載功率(W)0＜Pno＜10≤0.50＜Pno＜50≤0.5（AC-AC）≤0.3（AC-DC）10≤Pno≤250≤0.550≤Pno≤250≤0.5（AC-AC）≤0.5（AC-DC）標(biāo)示額定輸出功率Pno(W)功率因數(shù)75≤Pno≥0.9（100%負(fù)載時(shí)測(cè)試）34

4.1

GB20943-2007標(biāo)準(zhǔn)要求外部電源中國(guó)能效標(biāo)準(zhǔn)（2007.12.01生效）外部電源中國(guó)能效標(biāo)準(zhǔn)（2009.12.01生效）標(biāo)示額定輸出功率Pno(W)最小平均效率η標(biāo)示額定輸出功率Pno(W)最小平均效率η0＜Pno＜1≥0.39*Pno0＜Pno＜1≥0.49*Pno1＜Pno＜49≥0.107*Ln(Pno)+0.391＜Pno＜49≥0.09*Ln(Pno)+0.4949≤Pno≤250≥0.8249≤Pno≤250≥0.84標(biāo)示額定