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開關電源需要掌握的二十多個重要指標
發布時間 : 2020-02-28

 電源並不是一個簡單的小盒子,它相當於有源器件的心髒,源源不斷的向元器件提供能量。電源的好壞,直接影響到元器件的性能。電源的設計、製造及品質管理等測試需要精密的電子儀器設備來模擬電源供應器實際工作時之各項特性(亦即為各項規格),並驗證通過後才能投入使用。

工程師在設計或者測評電源時須知考慮以下要素:

一. 描述輸入電壓影響輸出電壓幾個指標形式

  1. 絕對穩壓係數

  A.絕對穩壓係數:表示負載不變時,穩壓電源輸出直流變化量△U0與輸入電網變化量△Ui之比。即:K=△U0/△Ui。

  B. 相對穩壓係數:表示負載不變時,穩壓器輸出直流電壓△Uo的相對變化量△Uo與輸出電網 Ui 的相對變化量Ui之比。即:S=△Uo/Uo /△Ui/Ui。

  2. 電網調整率

它表示輸入電網電壓由額定值變化±10%時,穩壓電源輸出電壓的相對變化量,有時也以絕對值表示。

  3. 電壓穩定度

  負載電流保持為額定範圍內的任何值,輸入電壓在規定的範圍內變化所引起的輸出電壓相對變化△Uo/Uo百分值),稱為穩壓器的電壓穩定度。


二. 負載對輸出電壓影響的幾種指標形式

1. 負載調整率(也稱電流調整率)

  在額定電網電壓下,負載電流從零變化到最大時,輸出電壓的最大相對變化量,常用百分數表示,有時也用絕對變化量表示。

  2. 輸出電阻(也稱等效內阻或內阻)

  在額定電網電壓下,由於負載電流變化△IL引起輸出電壓變化△Uo,則輸出電阻為Ro=|△Uo/△IL| 歐。


三. 紋波電壓的幾個指標形式

  1. 最大紋波電壓

  在額定輸出電壓和負載電流下,輸出電壓的紋波(包括噪聲)的絕對值的大小,通常以峰峰值或有效值表示。

  2. 紋波係數 Y(%)

  在額定負載電流下,輸出紋波電壓的有效值Urms與輸出直流電壓 Uo 之比,即y=Umrs/Uo x100%

  3. 紋波電壓抑製比

  在規定的紋波頻率(例如 50Hz)下,輸出電壓中的紋波電壓 Ui~與輸出電壓中的紋波電壓 Uo~之比,即:紋波電壓抑製比=Ui~/Uo~ 。

   這裏聲明一下:噪聲不同於紋波。紋波是出現在輸出端子間的一種與輸入頻率和開關頻率同步的成分,用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在輸出電壓的 0.5%以下;噪聲是出現在輸出端子間的紋波以外的一種高頻成分,也用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在輸出電壓的 1%左右。紋波噪聲是二者的合成,用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在輸出電壓的 2%以下。


四. 衝擊電流

  衝擊電流是指輸入電壓按規定時間間隔接通或斷開時,輸入電流達到穩定狀態前所通過的最大瞬間電流。一般是 20A——30A。


五. 過流保護

  過流保護是一種電源負載保護功能,以避免發生包括輸出端子上的短路在內的過負載輸出電流對電源和負載的損壞。過流的給定值一般是額定電流的 110%——130%。


六. 過壓保護

  過壓保護是一種對端子間過大電壓進行負載保護的功能。一般規定為輸出電壓的 130%——150%。


七. 輸出欠壓保護

  當輸出電壓在標準值以下時,檢測輸出電壓下降或為保護負載及防止誤操作而停止電源並發出報警信號,多為輸出電壓的 80%——30%左右。


八. 過熱保護

  在電源內部發生異常或因使用不當而使電源溫升超標時停止電源的工作並發出報警信號。


九. 溫度漂移和溫度係數

  溫度漂移:環境溫度的變化影響元器件的參數的變化,從而引起穩壓器輸出電壓變化。常用溫度係數表示溫度漂移的大小。

  絕對溫度係數:溫度變化1攝氏度引起輸出電壓值的變化△UoT,單位是 V/℃或毫伏每攝氏度。

  相對溫度係數:溫度變化 1 攝氏度引起輸出電壓相對變化△UoT/Uo,單位是 V/℃。


十. 漂移

  穩壓器在輸入電壓、負載電流和環境溫度保持一定的情況下,元件參數的穩定性也會造成輸出電壓的變化,慢變化叫漂移,快變化叫噪聲,介於兩者之間叫起伏。

  表示漂移的方法有兩種:

  1. 在指定的時間內輸出電壓值的變化△Uot。

  2. 在指定時間內輸出電壓的相對變化△Uot/Uo。

  考察漂移的時間可以定為 1 分鍾、10 分鍾、1 小時、8 小時或更長。隻在精度較高的穩壓器中,才有溫度係數和溫漂兩項指標。


十一. 響應時間

  響應時間是指負載電流突然變化時,穩壓器的輸出電壓從開始變化到達新的穩定值的一段調整時間。在直流穩壓器中,則是用在矩形波負載電流時的輸出電壓波形來表示這個特性,稱為過度特。


十二. 失真

  失真這是交流穩壓器特有的。是指輸出波形不是正 波形,產生波形畸變,稱為畸變。


十三. 噪聲

  按30Hz——18kHZ 的可聽頻率規定,這對開關電源的轉換頻率不成問題,但對帶風扇的電源要根據需要加以規定。


十四. 輸入噪聲

  為使開關電源工作保持正常狀態,要根據額定輸入條件,按由允許輸入外並疊加於工業用頻率的脈衝狀電壓(0——peak)製定輸入噪聲指標。一般外加脈衝寬度為 100——800us,外加電壓 1000V。


十五. 浪湧

  這是在輸入電壓,以 1 分鍾以上的間隔按規定次數加一種浪湧電壓,以避免發生絕緣破壞、閃絡、電弧等異常現象。通信設備等規定的數值為數千伏,一般為 1200V。


十六. 靜電噪聲

  指在額定輸入條件下,外加到電源框體的任意部分時,全輸出電路能保持正常工作狀態的一種重複脈衝狀的靜電。一般保證 5——10KV 以內。


十七. 穩定度

  允許使用條件下,輸出電壓最大相對變化△Uo/Uo。

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十八. 電氣安全要求(GB 4943-90)

  1. 電源結構的安全要求

  1) 空間要求

   UL、CSA、VDE 安全規範強調了在帶電部分之間和帶電部分與非帶電金屬部分之間的表麵、空間的距離要求。UL、CSA要求:極間電壓大於等於 250VAC 的高壓導體之間,以及高壓導體與非帶電金屬部分之間(這裏不包括導線間),無論在表麵間還是在空間,均應有 0.1 英寸的距離;VDE 要求交流線之間有 3mm 的徐變或 2mm 的淨空隙;IEC 要求:交流線間有 3mm 的淨空間隙及在交流線與接地導體間的 4mm 的淨空間隙。另外,VDE、IEC要求在電源的輸出和輸入之間,至少有 8mm 的空間間距。

  2) 電介質實驗測試方法(打高壓:輸入與輸出、輸入和地、輸入 AC 兩級之間)

  3) 漏電流測量

   漏電流是流經輸入側地線的電流,在開關電源中主要是通過靜噪濾波器的旁路電容器泄露電流。UL、CSA 均要求暴露的不帶電的金屬部分均應與大地相接,漏電流測量是通過將這些部分與大地之間接一個 1.5K 歐的電阻,其漏電流應該不大於 5 毫安。VDE 允許:用 1.5K 歐的電阻與 150nP 電容並接。並施加 1.06倍額定使用電壓,對數據處理設備,漏電流應不大於 3.5 毫安。一般是 1 毫安左右。

  4) 絕緣電阻測試

  VDE 要求:輸入和低電壓輸出電路之間應有 7M 歐的電阻,在可接觸到的金屬部分和輸入之間,應有 2M 歐的電阻或加 500V 直流電壓持續 1 分鍾。

  5) 印製電路板要求

  要求是 UL 認證的 94V-2 材料或比此更好的材料。

  2. 對電源變壓器結構的安全要求

  1) 變壓器的絕緣

  變壓器的繞組使用的銅線應為漆包線,其他金屬部分應塗有瓷、漆等絕緣物質。

  2) 變壓器的介電強度

  在實驗中不應出現絕緣層破裂和飛弧現象。

  3) 變壓器的絕緣電阻

  變壓器繞組間的絕緣電阻至少為 10M 歐,在繞組與磁心、骨架、屏蔽層間施加 500 伏直流電壓,持續 1 分鍾,不應出現擊穿、飛弧現象。

  4) 變壓器濕度電阻

   變壓器必須在放置於潮濕的環境之後,立即進行絕緣電阻和介電強度實驗,並滿足要求。潮濕環境一般是:相對濕度為 92%(公差為 2%),溫度穩定在 20 到 30 攝氏度之間,誤差允許 1%,需在內放置至少 48 小時之後,立即進行上述實驗。此時變壓器的本身溫度不應該較進入潮濕環境之前測試高出 4 攝氏度。

  5) VDE 關於變壓器溫度特性的要求

  6) UL、CSA 關於變壓器溫度特性的要求。

  注:IEC——International ElectrotechnICal Commission

  VDE——Verbandes Deutcher ElectrotechnICer

  UL——Underwriters’ Laboratories

  CSA——CANadian Standards Association

  FCC—— Federal CommunICations Commission


十九. 無線電騷擾(按照 GB 9254-1998 測試)

  1. 電源端子騷擾電壓限值

  2. 輻射騷擾限值


二十.電磁兼容性試驗

  電磁兼容性試驗(electromagnetIC compatiblity EMC)

  電磁兼容性是指設備或係統在共同的電磁環境中能正常工作且不對該環境中 任何事物構成不能承受的電磁幹擾的能力。

   電磁幹擾波一般有兩種傳播途徑,要按各個途徑進行評價。一種是以波長長的頻帶向電源線傳播,給發射區以幹擾的途徑,一般在 30MHz 以下。這種波長長的頻率在附屬於電子設備的電源線的長度範圍內還不滿 1 個波長,其輻射到空間的量也很少,由此可掌握發生於電源線上的電壓,進而可充分評估幹擾的大小,這種噪聲叫做傳導噪聲。

  當頻率達到 30MHz 以上,波長也會隨之變短。這時如果隻對發生於電源線的噪聲源電壓進行評價,就與實際幹擾不符。因此,采用了通過直接測定傳播到空間的幹擾波評價噪聲大小的 方法,該噪聲就叫做輻射噪聲。測定輻射噪聲的方法有上述按電場強度對傳播空間的幹擾波進行直接測定的方法和測定泄露到電源線上的功率的方法。

  電磁兼容性試驗包括以下試驗:

  ① 磁場敏感度:(抗擾性)設備、分係統或係統暴露在電磁輻射下的不希望有的響應程度。敏感度電平越小,敏感性越高,抗擾性越差。固定頻率、峰峰值的磁場

  ② 靜電放電敏感度:具有不同靜電電位的物體相互靠近或直接接觸引起的電荷轉移。300PF 電容充電到-15000V,通過 500 歐電阻放電。可超差,但放完後要正常。數據傳遞、儲存,不能丟

  ③ 電源瞬態敏感度:包括尖峰信號敏感度(0.5us 10us 2 倍)、電壓瞬態敏感度(10%-30%,30S 恢複)、頻率瞬態敏感度(5%-10%,30S 恢複)。

  ④ 輻射敏感度:對造成設備降級的輻射幹擾場的度量。(14K-1GHz,電場強度為 1V/M)

  ⑤ 傳導敏感度:當引起設備不希望有的響應或造成其性能降級時,對在電源、控製或信號線上的幹擾信號或電壓的度量。(30Hz-50KHZ 3V ,50K-400M 1V)

  ⑥ 非工作狀態磁場幹擾:包裝箱 4.6m 磁通密度小於 0.525uT,0.9m 0.525Ut。

  ⑦ 工作狀態磁場幹擾:上、下、左、右交流磁通密度小於 0.5mT。

  ⑧ 傳導幹擾:沿著導體傳播的幹擾。10KHz-30MHz 60(48)dBuV。

  ⑨ 輻射幹擾:通過空間以電磁波形式傳播的電磁幹擾。10KHz-1000MHz 30 屏蔽室60(54)uV/m。


二十一.環境實驗

   環境試驗是將產品或材料暴露到自然或人工環境中,從而對它們在實際上可能遇到的貯存、運輸和使用條件下的性能作出評價。包括低溫、 高溫、恒定濕熱、交變濕熱、 衝撞(衝擊和碰撞)、振動、恒加速、貯存、長黴、腐蝕大氣(例如鹽霧)、砂塵、空氣壓力(高壓或低壓)、溫度變化、可燃性、密封、水、輻射(太陽或核)、 錫焊、接端強度、噪聲(微打65DB)等。



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