編號2：開關(guān)電源知識

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

線性電源主要是通過工頻變壓器實現(xiàn)降壓目的，處理的功率越大，工頻變壓器的體積就越大，線性電源的體積也就越大；開關(guān)電源因為是通過高頻轉(zhuǎn)換電路來達到降壓的目的，當處理的功率越大時，可以通過提高工作頻率的方式來保持體積不變，甚至變得更小。2.效率：

線性電源主要是在工頻變壓器降壓后使用線性穩(wěn)壓器達到穩(wěn)壓目的，當輸入電壓上升時，線性穩(wěn)壓器將有更多的損耗，比如在輸入10V時使用線性穩(wěn)壓器使輸出電壓穩(wěn)定在5V，此時線性穩(wěn)壓器上將有5V的壓降，整個線性電源的效率將低于50%（因為工頻變壓器本身也有損耗）；而一個50W，5V輸出的開關(guān)電源的效率可以實現(xiàn)在80%以上。63.輸入電壓的范圍：因為工頻變壓器只是通過其線圈匝比進行降壓，當輸入電壓的范圍越大時，線性穩(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：由于開關(guān)電源是通過高頻轉(zhuǎn)換來處理功率，工作頻率在20kHz~150kHz甚至更高，半導(dǎo)體開關(guān)器件在開關(guān)瞬間會產(chǎn)生較強的電磁噪聲；相對而言線性電源不存在開關(guān)工作，產(chǎn)生的高頻電磁噪聲幾乎沒有。5.成本:小功率段:線性電源因元件少而成本較便宜.中大功率:因銅價的不斷上漲,輸出功率越大,線性電源的成本就不斷上升.而開關(guān)電源隨著技術(shù)的發(fā)展,而成本越來越低.71-1開關(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開關(guān)轉(zhuǎn)換線路反饋控制電路保護電路1.4.開關(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，其目的是為了保護開關(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行初步的整流濾波得到一個初步的直流電。C.初級開關(guān)轉(zhuǎn)換線路和次級整流濾波線路：初級開關(guān)轉(zhuǎn)換線路和次級整流濾波線路是開關(guān)電源的主要組成部分，主要由隔離變壓器，半導(dǎo)體開關(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，是開關(guān)電源的核心，其作用是通過控制半導(dǎo)體開關(guān)來得到所希望的輸出電壓。E.反饋控制回路：

由輸出電壓采樣線路、反饋光耦、提供獨立參考電壓的輔助線路和其它一些閉環(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傳送給初級的PWM控制線路。F.輸出保護線路：

由輸出采樣線路、反饋光耦、提供獨立參考電壓的輔助線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輸出端連接的電子設(shè)備和開關(guān)電源本身，比如輸出過電壓和輸出過載。101.5開關(guān)電源電路圖24W電路圖11第2章開關(guān)電源基本特性所有測試項目1.POWERFACTOR&EFFICIENCYTEST/功率因素和效率測試

2.ENERGYEFFICIENCYTEST/能效測試(CECSTANDARD)3.

ACI/PCURRENTTEST/輸入電流測試4.INRUSHCURRENTTEST/浪涌電流測試5.

LINEREGULATIONTEST/電壓調(diào)整率測試6.LOADREGULATIONTEST/負載調(diào)整率測試7.BROWNOUT&RECOVERYTEST/輸入緩慢變動測試128.RIPPLE&NOISETEST/紋波及噪聲測試9.RISETIMETEST/上升時間測試

10.TURNONDELAYTIMETEST/開機延遲時間測試11.HOLDUPTIMETEST/關(guān)機維持時間測試12.OUTPUTOVERSHOOTTEST/輸出過沖幅度測試

13.OUTPUTTRANSIENTRESPONSETEST/輸出暫態(tài)響應(yīng)測試14.OVERCURRENTPROTECTIONTEST/過流保護測試

15.SHORTCIRCUITPROTECTIONTEST/短路保護測試

16.OVERVOLTAGEPROTECTIONTEST/過壓保護測試17.MAX.ANDMIN.LOADCHANGETEST/重輕載變化測試18.INPUTVOLTAGECHANGETEST/輸入電壓變動測試1319.POWERON/OFFCYCLETEST/電源開關(guān)循環(huán)測試20.COMPONENTTHERMALTEST/元件溫升測試21.COMPONENTSTRESSANALYSIS/元件應(yīng)力分析22.HIGHTEMPOPERATIONTEST/高溫操作測試23.HIGHTEMP.&HUMIDITYSTORAGETEST/高溫高濕儲存測試24.LOWTEMP.OPERATIONTEST/低溫操作測試25.

LOWTEMP.STORAGETEST/低溫儲存測試26.

LOWTEMP.STARTINGUPTEST/低溫啟動測試27.TEMPERATURECYCLINGTEST/溫度循環(huán)測試28.

THERMALSHOCKTEST/冷熱沖擊測試29.

HI-POTTEST/絕緣耐壓測試1430.INSULATIONRESISTANCETEST/絕緣阻抗測試31.

LEAKAGECURRENTTEST/漏電流測試32.UNITDROPTEST/跌落測試33.BALLPRESSURETEST/球壓力測試34.

LIGHTNINGSURGETEST/雷擊測試35.

ESDTEST/靜電放電測試36.

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

BURNINTEST/老化試驗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章開關(guān)電源基本安規(guī)要求

3.1安規(guī)標準開關(guān)電源設(shè)計通常按滿足60950安規(guī)來進行設(shè)計.

一次側(cè)對二次側(cè)：DC4242V(或AC3000V),3.5mA標準測試1分鐘,量產(chǎn)測試3秒鐘.

3.2絕緣介電強度（耐壓）輸入對輸出10

兆歐姆(500VDC)最小.

3.3絕緣阻抗30

3.5

ESD標準

開關(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雷擊標準

開關(guān)電源常規(guī)為L對N1KV

3.4EMI標準

開關(guān)電源要符合輻射及傳導(dǎo)要求,滿足FCCCLASSB,EN55022CLASSB

.通常會控制在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)證書規(guī)定值)2.MOV按材料規(guī)格書規(guī)定溫度值3.XCAPtemperature標稱溫度值(參考85/100)4.線圈溫度(熱電偶法)90（classA）105（classE）110（classB）橋堆溫度按材料規(guī)格書規(guī)定溫度值二極體溫度按材料規(guī)格書規(guī)定溫度值濾波電容溫度按材料規(guī)格書規(guī)定溫度值MOSFET及功率三極管溫度按材料規(guī)格書規(guī)定溫度值YCAPtemperature標稱溫度值(參考85/125)光耦temperature標稱溫度值(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）32第4章能效要求

4.1各國與地區(qū)能效要求說明見下表能效認證要求說明（適用的外部電源產(chǎn)品）國家或地區(qū)美國加州美國其它地區(qū)歐洲地區(qū)(EUP)澳洲地區(qū)(MEPS)備注是否強制要求是否否是其它國家及地區(qū)目前并無明確的相關(guān)能效規(guī)定。能效級別最低要求III、IVIII沒有明確定義等級,但其要求比美國IV級能效更嚴,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

(能效等級限制值等同美國能效等級)能效實施時間III(2006.7.1)、IV(2008.7.1)2008.1.12007.1.1

2008.4.1是否需申請是是是是申請費用無無無USD:1,500.00申請時間10天15天15天暫未定其它說明我司天祥實驗室已取得CEC認可，只要我司實驗室出具測試合格報告即可掛能效標志,無費用產(chǎn)生。我司已獲得能源之星(EnergyStar)的許可，只要提交測試報告申請報備即可，無費用產(chǎn)生。認可能源之星網(wǎng)站上的數(shù)據(jù),我司已獲得能源之星(EnergyStar)的許可，只要提交測試報告申請報備即可，無費用產(chǎn)生。暫不能申請。33現(xiàn)在采用的判定標準（CEC能效標準Ⅳ等級）新的判定標準（草案）標示額定輸出功率Pno(W)最小平均效率η標示額定輸出功率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標示額定輸出功率Pno(W)最大空載功率(W)標示額定輸出功率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）標示額定輸出功率Pno(W)功率因數(shù)75≤Pno≥0.9（100%負載時測試）34

4.1

GB20943-2007標準要求外部電源中國能效標準（2007.12.01生效）外部電源中國能效標準（2009.12.01生效）標示額定輸出功率Pno(W)最小平均效率η標示額定輸出功率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標示額定