本文将剖析解说开关电源中的专业术语。
1 纹波
■开关电源的输出并不是真实安稳的,输出存在着周期性的颤动,这些 颤动看上去就和水纹相同,称为纹波。
▶纹波可所以电压或电流纹波。
■一般用2个参数来描绘纹波:
▶最大纹波电压:纹波的峰峰值。
▶纹波系数:沟通重量的有用值与直流重量之比。
纹波发生的原因
■开关电源的纹波来自2个当地:
▶低频纹波:来自AC输入的周期,电源对输入的按捺比不是完美的,当输入 改变,输出也会改变。
▶高频纹波:来自开关切换的周期,开关电源不是线性接连输出能量,而是 将能量组成一个个包来传输,因而会存在和开关周期相对应的纹波。
■假设是线性电源,是没有开关纹波的,只要低频纹波。
纹波的影响
■最大纹波会决议输出的峰值,原本输出是安稳的某个电压或电流,由 于纹波的影响,使得输出的峰值比平均值高,这可能会损坏负载。
▶比方,对LED来说,过高的电流会削减LED的寿数。
■过大的纹波系数会使得输出的能量不均衡滑润,然后违背了直流输出 这个要求。
▶比方,对LED来说,过大的纹波系数会使得LED亮度改变,形成闪耀。
■假设开关电源用来驱动电池,LED灯这种负载,低频纹波的影响更大, 假设是驱动IC这种高速型负载,高频纹波的影响更大。
纹波与噪声
■纹波是因为AC周期或开关周期引起的输出颤动,而噪声是随机耦合到 输出上的高频信号,是不相同的。
2 调整率
■电源在运用时,有两个明显改变的外部条件:输入和负载。好的电源 应该在输入和负载发生改变时,仍然能保持恒压或恒流。
■将输入或负载改变时,输出违背额外输出的程度称为调整率,比方输 入在最大最小值之间改变,丈量输出的差错比率,为一个百分比,比 如5%,就称为调整率为±5% 。
■留意区别调整率和纹波,纹波是输出的动态特征,而调整率是让电源 作业在极限外部条件下,输出的极限差错。
调整率类型
■输入调整率
▶其他条件不变,调理输入时,输出的差错,关于AC电源来说,是以AC线的 有用电压作为改变区间,比方以180~264作为上下限来改变。
▶有时还会调理AC的频率,来看输出是否有差错,比方从47~63Hz区间。
■负载调整率
▶其他条件不变,调理负载时,输出的差错。
■归纳调整率
▶一起调理输入和负载,找出最差的差错。
3 LED恒流驱动
■为什么照明用LED都是电流驱动?
▶LED是二极管,而二极管的PN结的正导游通阻抗是负温度系数,跟着温度 的升高,二极管正导游通阻抗下降。
▶假设用恒压源驱动LED,跟着LED作业,温度开端升高,温度升高后,正 导游通阻抗下降,因为I=U/R,电流升高,且因为功率P=U*I,功率也添加, LED发热更凶猛,进一步影响温度升高,陷于恶性循环,直到LED损坏。
▷ 恒压源驱动时,温度和电路是一对正反馈。
▶所以照明LED都是恒流驱动,假设对错照明,LED几乎没有温升,此刻可 以用恒压驱动。
恒流精度
■恒流精度和其他电影的恒压作用相同,体现在几个方面。
▶当负载发生改变时,电源输出的电流的安稳程度。
▷在实践使用时,多个不同的LED串不可能阻抗特性彻底相同,将这些不同的负载 接到电源上后,电流的差错就界说为恒流精度。
▷不光是多负载,同一个LED,温度不一起,阻抗特性也不同,不同温度下电流也 是有差错的,但这和前面的条件实质仍是相同,都是负载改变。
▷因而在测验恒流精度时,需求运用电子负载,让负载在合理的规模内改变,丈量 电压的电流差错。
▶当电源内部元件参数改变时,电源输出的电流的安稳程度。
▷这并不是规范的恒流精度的界说,但现在许多电源都是有这个要求,其间一个重 要的目标是储能元件,比方电感,或变压器,感值存在差错时,电源输出电流的 安稳度。
▷考虑到本钱要素,储能元件在加工时差错是很大的,所以,电源应当规划成对储 能元件的感值不灵敏。
锂电池恒流驱动
■便携式设备所用的锂电池,在不同电量的情况下,电压是不同的,以 手机所用的锂电池为例,电池在满能量时约4.2V,低能量时约2.5V。
■假设运用恒压源对电池充电,当电池电量较低时,充电电流会极大, 相当于电压源接到电容上,会损坏电池。
▶损坏的原因是大电流带来的大发热。
■为了约束大电流,现在的充电器都是运用恒流-恒压充电,当电池电压 低时,运用恒流输出。
4 冲击与浪涌
冲击电流
■假设负载为一个容性负载,将一个电压源直接加到负载上时,会发生 一个十分大的电流,这个电流就称为冲击电流。
▶过大的冲击电流会使得沟通线上的维护电路识别为短路,会导致空气开关 跳闸,熔断保险丝等问题。
■关于AC电源来说,将电源接到AC线上的一会儿,AC电源自身便是一 个容性负载,假设此刻电源的负载处在满负荷状况,且AC线正处在峰 值电压处,会发生最大的冲击电流。
浪涌(电压)
■闪电,雷击等会在电网上制作时刻十分短的高电压脉冲或许高能量脉 冲。
▶这种过压一般是由专门的维护器进行维护,比方浪涌放电器。
■大功率设备断开或接入电网时,会使得电网电压上升或下跌。为了保 护电源,有时会运用一个压敏电阻接在输入端。
▶压敏电阻的安排和其上的电压有关,当电压变高时,阻值下降。
▶为什么压敏电阻不能包括雷击等发生的脉冲,因为这种浪涌有可能是一起 出现在L线和N线上的。
5 功率和待机功耗
功率和待机功耗
■这两个概念很简单,但有一点需求厘清,便是电源在作业时:
■尽管待机功耗便是电源自身的悉数损耗,可是在电源带负载时,电源 自身的功耗要大于待机功耗。
▶电源自身的功耗首要来自于电感/变压器的损耗,开关管的损耗,二极管的损耗,这些损耗都和切换频率有关,而现在的开关电源,在输出功率很低时,都会将频率下降以节能,所以电源自身的功耗在带负载作业时和待机时是彻底不同的。
▶可是功率是跟着负载耗费添加而升高的,这个很好了解,待机时功率为0, 而带负载时,电源自身功耗的添加跟不上负载耗费的添加。
6 ESR
电容ESR
■开关电源都需求在输出加一个电容,将切换电路投递过来的断续能量 滑润成安稳的线性输出,这个电容的重要性显而易见。
■一个非抱负要素便是一切的电容都有等效串联电阻(ESR),这个电阻会 导致一系列问题。
▶电容稳压的原理便是当VO电压上升时,吸入电流,将能量存储于电容,当 VO电压下降时,吐出电流,开释能量。这个进程中,电流一直流过ESR。
ESR导致的纹波
■ESR是输出高频电压纹波的元凶巨恶,当电容储能和释能时,电流方 向相反,因而输出在VO=VC+VESR,和VO=VC+VESR之间切换,ESR越 大,纹波电压越大。
电解电容ESR的损害
■为了下降本钱,一般输出电容会运用偏移的电解电容,可是电解电容 的ESR是较高的。
■关于电解电容来说,高纹波电压倒在其次,要命的是ESR会导致电容 发热,电流越大,发热越凶猛,发热越凶猛,电解电容的电解液蒸腾 得越快,跟着电解液的蒸腾,ESR加大,发热更高,堕入恶性循环。
▶电解电容自身就寿数不高,是电源体系中寿数最短的器材,因为ESR导致 的发热,会加速电解电容作废,所以开关电源跟着时刻的推移,纹波电压会越来越大。
处理ESR的问题
■处理办法是下降ESR阻值或下降流过ESR的电流,下降流过ESR的电流 比较费事,比较简单的办法是下降ESR阻值。
▶能够选用低ESR的电解电容代替一般电容,或许用多个电容并联来代替单个电容。
▶多个电容并联的办法缺陷是占用很多的空间,在小体积电源中使用受限, 所以有时会用陶瓷和电解电容并联的办法,乃至用一种多层陶瓷电容代替 多个陶瓷%&&&&&%。
7 动态
动态呼应
■一般动态呼应特指电源的输入,负载阶跃改变所导致的输出被扰动后 康复正常的进程。
▶AC电源的输入为不间断沟通,一般不关心输入的阶跃改变,动态呼应一般 仅限于描绘负载在必定规模内改变时的呼应。
■一般界说空载为0%,满载为100%,然后用负载在某2个百分比之间的 切换来界说负载改变。
▶常用的负载改变有0-100,10-90,20-80,25-75,取决于使用,关于充电器这类 需求热插拔的使用,最大的改变在0-100。
动态呼应的目标
■动态呼应一般有2个目标,一个叫过冲起伏,另一个叫安稳时刻。
▶过冲起伏界说为输出违背安稳值的起伏,有上冲和下冲。
▶安稳时刻是负载开端改变到输出到达能承受的规模内的实践。
动态呼应和阶跃呼应
■阶跃呼应,指的是输入阶跃,输出跟着阶跃,也便是说输出要赶快的 变到目标值,而动态呼应指的是负载阶跃,输出要赶快的安稳下来。 这两者在形式上不同,但实质是相同的。
▶以恒压输出为例,当负载骤变时,为了保持电压安稳,需求调整电流,电 流调整的进程,经过负载就会表现出电压的动摇,所以,负载的动态呼应, 其实质便是负载-输出电流这个传递函数的阶跃呼应。
动态呼应的体系框图
■将Load视为输入,IOUT和VOUT视为输出。
▶将Load视为输入后,REF便是固定值,整个体系的传递函数变为Load-IOUT 的传递函数。
▶关于负载非阻性的使用,比方电池等,也将其模拟为电阻。
■将一般性电源体系适用于动态呼应的体系框图重画如下: