開關(guān)電源基礎(chǔ)130430

開關(guān)電源基礎(chǔ)130430第1頁/共68頁開關(guān)電源是什么？人的心臟就是一個“開關(guān)血源”。休息時所需要的營養(yǎng)較少，心臟跳動稍慢些，少泵點兒血；運動時所需要的營養(yǎng)較多，心臟跳動稍快些，多泵點兒血。

負載對電流的需要類似人對血液營養(yǎng)的需要。

開關(guān)電源類似人的心臟一樣工作，來滿足負載對電流的需要。

/show.php?contentid=31773第2頁/共68頁電源變換類型電源按變換類型來說可分為：AC-DC整流DC-AC逆變AC-AC交流變頻DC-DC直流變頻/show.php?contentid=31730（電流倆兄弟）3第3頁/共68頁PWM驅(qū)動電路輸出電壓檢測基準電路比較放大220VAC開關(guān)電源的主電路第4頁/共68頁開關(guān)電源的方塊圖5其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過濾，同時也阻礙本機產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)主要有Fuse、TR1(Inrushcurrent)將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級變換將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。根據(jù)負載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源一方面，從輸出端取樣，經(jīng)與設(shè)定標準進行比較，然后去控制逆變器，改變其頻率或脈寬，達到輸出穩(wěn)定。另一方面，根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護電路鑒別，提供控制電路對整機進行各種保護措施實時電路狀態(tài)數(shù)據(jù)采集給設(shè)備本身提供供電電壓

第5頁/共68頁開關(guān)電源的發(fā)展方向開關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低損耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國外各大開關(guān)電源制造商都致力于同步開發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（Mn-Zn）材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs）下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項關(guān)鍵技術(shù)。

6深圳市航嘉馳源科技有限公司定制部第6頁/共68頁PowerSolutionsDeskTop24w~180wOpenFrame10w~900wWallMount5w~36wNB,Printer,StorageSTB,LCDMonitorMedicalN/W,STB,LEDLightingStorage,NBSTB,N/WMedical第7頁/共68頁CustomersPrinter:EpsonStarCitizenKodakFujitsuMonitor:AcerHPAmtranLaptop:Compal

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Medical第8頁/共68頁BusinessAllocation2011Q1-Q42012Q1-Q3第9頁/共68頁10電源成本成本售價電路架構(gòu)外型設(shè)計產(chǎn)品壽命電磁干擾第10頁/共68頁11元件概況例如:1電解電容,2電感,3電阻,4變壓器,5二極體,

6IC,7Varistor,8X電容112233456768第11頁/共68頁輸入電壓范圍InputVoltage(Vrms):

輸入電壓是指客戶端提供給開關(guān)電源的輸入電壓，即電源能正常工作的電壓。常見的分為AC（交流）和DC（直流）輸入兩種（或AC、DC均可）。對于產(chǎn)品而言，輸入電壓均有范圍，常見的AC輸入的有：176Vac~264Vac；90Vac~132Vac；90Vac~264Vac等；日本100V、墨西哥110V、美國120V、印度240V大多數(shù)國家為220V，電壓運輸成本低，但相對不夠安全，干擾大12第12頁/共68頁輸入頻率范圍（Hz）

InputFrequency此指標主要是能滿足客戶所在國家或地區(qū)的電網(wǎng)的要求。（AC輸入）通常產(chǎn)品的指標為：47Hz~63Hz我們國家的電網(wǎng)為：220Vac/50Hz13第13頁/共68頁14指開機瞬間或剛插插頭時所流過電源線的尖波電流。造成原因是SMPS輸入端有高壓電容，開機瞬間電容器形成類似短路，於是產(chǎn)生尖波電流，需要於輸入迴路加入熱敏電阻予以限制，否則嚴重時會造成電力系統(tǒng)斷路器跳脫。輸入突波電流（A）

InrushCurrent第14頁/共68頁啟動電壓指在某一電壓輸入時，電源能啟動，此電壓稱為啟動電壓；啟動電壓在通常的要求是：在工作溫度范圍內(nèi)，所有負載范圍內(nèi)不得出現(xiàn)蕩機或無輸出現(xiàn)象。啟動電壓一般比標稱的輸入電壓范圍中的下限電壓值小。這主要是涉及到一個設(shè)計余量的問題。15第15頁/共68頁最大輸入電流在電源工作時，輸入端回路總會有電流，即我們所說的輸入電流；一般來說，最大輸入電流出現(xiàn)在輸入電壓為下限值時；此項指標某些客戶有特殊要求，它的大小受以下幾個因數(shù)的影響：輸出功率、PF值（功率因數(shù)）、輸入電壓和效率等。16第16頁/共68頁17其他輸入相關(guān)參數(shù)1)PowerFactor:

功率因數(shù)75W以上的電源要求PFC2)InputWattage(W):輸入功率3)OutputWattage(W):輸出功率4)NoLoadPowerconsumption(W):

空載功率損耗第17頁/共68頁輸出啟動時間Turnontime18啟動時間第18頁/共68頁輸出啟動時間啟動時間是指開關(guān)電源在最大載情況下從電源（直流或交流）輸入到其輸入電壓上升到規(guī)格下限值（或90%U）時的那段時間；通常在115Vac輸入時，要求小于5S（我們的標準品如此定義，但客戶一般期望3S以下）啟動時間可能對客戶系統(tǒng)的時序信號有影響，當(dāng)然啟動時間過長可能會讓客戶認為電源出現(xiàn)故障。19第19頁/共68頁輸出過沖當(dāng)電源啟動時，輸出電壓將上升至某一值V1時經(jīng)電源的反饋回路調(diào)整后至穩(wěn)定輸出電壓值V0，此時的輸出過沖(overshoot)即為（V1-V0）/V0*100%；同理，當(dāng)電源斷開輸出時，也會出現(xiàn)所謂的輸出欠沖（undershoot);此項指標主要是考量開關(guān)電源的反饋回路的反應(yīng)速度。測試時應(yīng)兼顧各種輸入條件和負載條件。20第20頁/共68頁輸出過沖21深圳市航嘉馳源科技有限公司定制部V0V1第21頁/共68頁保持時間22保持時間第22頁/共68頁保持時間定義是：開關(guān)電源從輸入切斷電源起到其輸出電壓下降到穩(wěn)壓范圍外時（一般是輸出電壓的下限）的時間，單位是mS級。通常標準：115Vac輸入時不小于10mS。此參數(shù)可能影響客戶系統(tǒng)的某些工作特性，如保存數(shù)據(jù)等，也可能涉及到時序性問題。23第23頁/共68頁效率Efficiency(%)效率的定義是指某一電源輸出的總功率與輸入有用功的百分比。此指標是檢驗電源的功率使用率，從客戶角度而言，效率高就意味著耗能少，效率低就意味著耗能多；從產(chǎn)品開發(fā)而言，效率低意味著電源本身的功耗大，自身產(chǎn)生的熱能也相應(yīng)增大，這將影響產(chǎn)品的可靠性，也可能進而影響客戶系統(tǒng)的可靠度。24第24頁/共68頁溫度系數(shù)此指標主要是評估開關(guān)電源在其允許的環(huán)境條件（泛指溫度與濕度）下，其輸出的電壓變化率是否滿足要求；影響溫度系數(shù)的因數(shù)主要是開關(guān)電源的元器件在環(huán)境變化后某些參數(shù)的偏移從而引起整機參數(shù)的變化（對于產(chǎn)品而言即輸出電壓）。25第25頁/共68頁26OperatingTemperature(℃):

規(guī)範電源供應(yīng)器容許操作的溫度範圍第26頁/共68頁工作環(huán)境工作環(huán)境主要包括了溫度和濕度。每個電源都有其特殊的使用環(huán)境。溫度越高或越低和濕度越大，工作環(huán)境也就越惡劣。電源的使用環(huán)境也會對設(shè)計開發(fā)時選用器件有影響，即工作環(huán)境越惡劣，選用的器件的可靠性也就越高，就是說成本也就越高。另外使用在比較惡劣的工作環(huán)境下，應(yīng)考慮降額使用。27第27頁/共68頁輸出電流輸出電流是定義某一電源本身的特定參數(shù)；一般定義每路輸出所允許的負載電流范圍（描述最小電流和最大電流）；此參數(shù)的確定取決于客戶設(shè)備的實際功率。28第28頁/共68頁源效應(yīng)LineRegulation(%)源效應(yīng)定義是開關(guān)電源在某一特定環(huán)境溫度條件下，在輸入電壓變化時其提供穩(wěn)定輸出電壓的能力（也稱為：輸入電壓調(diào)整率）。此指標主要是考慮到開關(guān)電源可能在不同的輸入電壓的工作環(huán)境，由此引起的輸出電壓不穩(wěn)定情況。如在國內(nèi)的邊遠地區(qū)或農(nóng)村地區(qū)，電網(wǎng)的供電穩(wěn)定程度較差。29第29頁/共68頁負載效應(yīng)LoadRegulation(%)負載效應(yīng)定義為開關(guān)電源在某一環(huán)境條件下，在輸出負載變化時其提供穩(wěn)定的輸出電壓的能力。這個指標主要滿足客戶系統(tǒng)的負載條件變化時開關(guān)電源輸出電壓的穩(wěn)定性必須滿足客戶設(shè)備工作的要求。30第30頁/共68頁穩(wěn)壓精度綜合開關(guān)電源在不同環(huán)境條件、不同輸入電壓、不同的負載條件下，其提供穩(wěn)定輸出電壓的能力；該指標其實是將源效應(yīng)、負載效應(yīng)和溫度系數(shù)等綜合起來。31第31頁/共68頁輸出紋波MaxRippleVoltage(V)輸出紋波可能會影響到客戶系統(tǒng)工作時的穩(wěn)定性，當(dāng)紋波問題過大時造成客戶系統(tǒng)當(dāng)機或丟失數(shù)據(jù)的情況時有發(fā)生。32第32頁/共68頁輸出紋波33工頻紋波（低頻紋波）開關(guān)紋波（高頻紋波）噪聲部分紋波部分第33頁/共68頁動態(tài)負載響應(yīng)一個額定電壓輸出的電源，具備反饋控制回路，能夠?qū)⑵漭敵鲭妷壕S持穩(wěn)定，但由于實際上反饋控制回路有一定的頻寬，限制了開關(guān)電源對負載電流變化的反應(yīng)?？蛻粝到y(tǒng)的負載電流一般是變化的，所以動態(tài)負載響應(yīng)測試確保了電源在負載變化時不會出現(xiàn)輸出呈現(xiàn)不穩(wěn)定、失控或振蕩現(xiàn)象。34第34頁/共68頁保護功能輸入保護一般包含有：欠壓和過壓等保護；輸出保護一般有：過電流、過壓、短路等保護．ShortCircuitProtection．OverCurrentProtection．OverVoltageProtection．OverTemperatureProtection電源具備保護功能的作用是：一保護客戶端的設(shè)備；二是保護電源本身，避免其損壞。35第35頁/共68頁安規(guī)方面主要目的是避免電源對操作者有傷害。絕緣強度和絕緣阻抗，一般包含有：輸入對輸出；輸入對地；輸出對地3項。但不是所有電源都要測試此3項。漏電流36第36頁/共68頁37LeakageCurrent(A):

指AC輸入端對於外殼or輸出端所產(chǎn)生的漏電流量。

I.T.E(IEC60950-1)ClassI:3500uA;ClassII:250uAMedical(IEC60601-1)ClassI:500uA;ClassII:100uA第37頁/共68頁38LimitPowerSource(L.P.S):限制功率能源第38頁/共68頁39ElectricStrength(Hi-Pot):電氣強度第39頁/共68頁40EMC電磁兼容=EMI+EMS：EMI:

電磁干擾度

EMI為ElectricMagneticInterference之簡稱,

指產(chǎn)品有其干擾(輻射或傳導(dǎo))之現(xiàn)象.

一般即稱為“電磁干擾性”EMS:

電磁耐受度

EMS為ElectricMagneticSusceptibility之簡稱,測試產(chǎn)品對外界雜訊抗其干擾之能力.

一般俗稱為“電磁免疫力”第40頁/共68頁41EMI電磁干擾現(xiàn)象第41頁/共68頁42常見電磁干擾源第42頁/共68頁43電磁干擾測試方式輻射干擾發(fā)射機接收機共用電源傳導(dǎo)干擾共通接地第43頁/共68頁44電磁干擾測試模型第44頁/共68頁45電磁干擾測試場地第45頁/共68頁46第46頁/共68頁47電磁干擾測試數(shù)據(jù)雜訊高第47頁/共68頁48選用適當(dāng)零件，可改善EMI品質(zhì)第48頁/共68頁49電磁干擾測試數(shù)據(jù)雜訊降低第49頁/共68頁50電磁干擾測試數(shù)據(jù)電子商品雜訊第50頁/共68頁51產(chǎn)品失效(較低可靠性)高退貨率(高成本)客戶抱怨利潤降低21)EN61000-4-2ESDTest(靜電測試)ESD在電子工業(yè)的今天已變成一個非常重要的問題，它將引起:技術(shù)用語第51頁/共68頁52測試方式:a1.直接放電:直接對設(shè)備的放電，不能產(chǎn)生任何safetyissue。

a2.間接放電:直接對鄰近設(shè)備進行放電，本體不能產(chǎn)生任何safetyissue。第52頁/共68頁53TableITableII安全等級接觸放電電壓(KV)安全等級空氣放電電壓(KV)12122424363848415X指定值X指定值X為特殊安全等級，依待測物特別訂定，因此在設(shè)備中要特別描述。測試標準:第53頁/共68頁54第54頁/共68頁55ESD異?，F(xiàn)象第55頁/共68頁5622)EN61000-4-5SurgeTest(雷擊測試)技術(shù)用語第56頁/共68頁57測試儀器第57頁/共68頁58信賴性測試(1):Temperature&HumidityCyclingTest(TY*4,YM*3)ThermalShockTest(YM*1)DropTest(YM*1)

第58頁/共68頁59信賴性測試(2):LowFrequencyVibrationTest(YM*1)低頻測振儀BendingTest(YM*1)彎折試驗

HighFrequencyVibrationTest(YM*1)高頻測振儀第59頁/共68頁60APD綠色夥伴評價設(shè)備:RoHS–EDX700(YM*1)EnergyDispersiveSpectrometry(能量分析光譜儀)

RoHS–XRayPortable(YM*1)RoHS–SEA1000(YM*1)RoHS/HalogenFree–EDXGP(New)(YM*1)第60頁/共68頁了解客戶需求的主要信息1.輸出電壓及功率（也就確定了電流，輸出為多路的要了解是否共地或隔離，及主路，輔路）2.輸入電壓范圍（需清楚是AC或DC）及頻率3.輸出紋波及穩(wěn)壓精度。4.負載情況（因有些設(shè)備是沖擊性負載，如打印機，燈泡，電機或其它容性及感性負載，）5.使用環(huán)境包括環(huán)境溫度，濕度，振動，安裝情況，是否通風(fēng)，及抗干擾等）6.體積，輸入輸出及安裝形式。7.需求數(shù)量及價格（是否要有認證及何種認證）8.之前供應(yīng)商情況,變更原因9.E-CAPLifetime(hr):電容壽命61第61頁/共68頁62APD研發(fā)流程:DR1DR2DR3DR4ProductsPlanningPhaseProductsEVTPhaseProductsDVT

PhasePilotRun

PhaseMarketingAnalysisElectricalEvaluationMechanicalEvaluationCostEvaluationPMScheduleDefine

QFD(QualityFunction

Deployment)SchematicDesignPCBLayoutDesignMechanicalDesignElectrical,Mechanical,

Safety,Schematic,

Layout,Transformer,

ChecklistDFMFunction

TestMechanicalTestSafetyTestDocumentsReviewSampleReviewDesignVerification

TestingMTBFCalculateProductionReviewDCCDataIssueSafetyApplicationP-FMEACPKDataReviewPilotRunReportORTReportEngineeringImprovementMassProductionPhaseT-spec、E-spec、M-specLabel&PackingDrawingProductionNotificationBOMBOMCostD-FMEADVTReportTrialRunReportOpenShortSecondSourceTest第62頁/共68頁63APD生產(chǎn)流程圖LeadFormingAutoInsertion