从设计到维修,全方位学习开关电源
(8)有效的屏蔽措施
(9)合理的PCB设计
4.高频变压器漏感的控制
高频变压器的漏感是功率开关管关断尖峰电压产生的重要原因之一,因此,控制漏感成为解决高频变压器带来的EMI首要面对的问题。
减小高频变压器漏感两个切入点:电气设计、工艺设计!
(1)选择合适磁芯,降低漏感。漏感与原边匝数平方成正比,减小匝数会显著降低漏感。
(2)减小绕组间的绝缘层。现在有一种称之为“黄金薄膜”的绝缘层,厚度20~100um,脉冲击穿电压可达几千伏。
(3)增加绕组间耦合度,减小漏感。
5.高频变压器的屏蔽
为防止高频变压器的漏磁对周围电路产生干扰,可采用屏 蔽带来屏蔽高频变压器的漏磁场。屏蔽带一般由铜箔制作,绕在变压器外部一周,并进行接地,屏蔽带相对于漏磁场来说是一个短路环,从而抑制漏磁场更大范围的 泄漏。
高频变压器,磁心之间和绕组之间会发生相对位移,从而导致高频变压器在工作中产生噪声(啸叫、振动)。为防止该噪声,需要对变 压器采取加固措施:
(1)用环氧树脂将磁心(例如EE、EI磁心)的三个接触面进行粘接,抑制相对位移的产生;
(2)用“玻璃珠”(Glass beads)胶合剂粘结磁心,效果更好。
开关电源纹波的测量
基本要求:使用示波器AC耦合 ,20MHz带宽限制 ,拔掉探头的地线
1,AC耦合是去掉叠加的直流电压,得到准确的波形。
2,打开20MHz带宽限制是防止高频噪声的干扰,防止测出错误的结果。因为高频成分幅值较大,测量的时候应除去。
3,拔掉示波器探头的接地夹,使用接地环测量,是为了减少干扰。很多部门没有接地环,如果误差允许也直接用探头的接地夹测量。但在判断是否合格时要考虑这个因素。
还有一点是要使用50Ω终端。横河示波器的资料上介绍说,50Ω模块是除去DC成分,精确测量AC成分。但是很少有示波器配这种专门的探头,大多数情况是使用标配100KΩ到10MΩ的探头测量,影响暂时不清楚。
上面是测量开关纹波时基本的注意事项。如果示波器探头不是直接接触输出点,应该用双绞线,或者50Ω同轴电缆方式测量。
在测量高频噪声时,使用示波器的全通带,一般为几百兆到GHz级别。其他与上述相同。可能不同的公司有不同的测试方法。归根到底第一要清楚自己的测试结果。第二要得到客户认可。
同时,开关电源工作时,输入端的电压Vin不变,但是电流是随开关变化的。这时输入电源不会很好地提供电流,通常在靠近电流输入端(以BucK型为例,是SWITcH附近),并联电容来提供电流。
上面这种做法对减小纹波的作用是有限的。因为体积限制,电感不会做的很大;输出电容增加到一定程度,对减小纹波就没有明显的效果了;增加开关频率,又会增加开关损失。所以在要求比较严格时,这种方法并不是很好。关于开关电源的原理等,可以参考各类开关电源设计手册。
采样点选在LC滤波器之后(Pb),这样输出电压就是我们所希望得到的电压。但是这样在电源系统内部引入了一个电感和一个电容,有可能会导致系统不稳定。关于系统稳定,很多资料有介绍,这里不详细写了。
以上是关于开关电源纹波,总结的一些内容,如果能加些波形就更好了。虽然可能不太全,但对一般的应用已经足够了。关于噪声抑制,实际中并不一定全部应用,重要的是根据自己的设计要求,比如产品体积,成本,开发周期等,选择合适的方法。
开关电源测试方法
开关电源测试系统
一. 耐电压
(HI.POT,ELECTRIC STRENGTH ,DIELECTRIC VOLTAGE WITHSTAND)KV
1.1 定义:于指定的端子间,例如:I/P-O/P,I/P-FG,O/P-FG间,可耐交流之有效值,漏电流一般可容许10毫安,时间1分钟。
1.2 测试条件:Ta:25摄氏度;RH:室内湿度。
1.3 说明:
1.3.1 耐压测试主要为防止电气破坏,经由输入串入之高压,影响使用者安全。
1.3.2 测试时电压必须由0V开始调升,并于1分钟内调至最高点。
1.3.2 放电时必须注意测试器之Timer设定,于OFF前将电压调回 0V。
1.3.3 安规认证测试时,变压器需另行加测,室内 ,温度25摄氏度,RH:95摄氏度,48HR,后测试变压器初/次级与初级/CORE。
1.3.5生产线测试时间为1秒钟。
二.纹波噪声(涟波杂讯电压)
(Ripple Noise)%,mv
2.1定义:
直流输出电压上重叠之交流电压成份最大值(P-P)或有效值。
2.2测试条件:
I/P: Nominal
O/P : Full Load
Ta : 25℃
2.3说明:
2.3.1示波器之GND线愈短愈好,测试线得远离PUS。
2.3.2使用1:1之Probe。
2.3.3 Scope之BW一般设定于20MHz,但是对于目前的网络产品测试纹波噪声最好将BW设为最大。
2.3.4 Noise与使用仪器,环境差异极大,因此测试必须表明测试地点。
2.3.5测试纹波噪声以不超过原规格值 +1%Vo。
三.漏电流(洩漏电流)
(Leakage Current)mA
3.1定义:
输入一机壳间流通之电流(机壳必须为接大地时)。
3.2测试条件:
I/P:Vin max.×1.06(TUV)/60Hz
Vin max.(UL1012)/60Hz
O/P: No Load/Full Load
Ta: 25 ℃
3.3说明:
3.3.1 L,N均需测。
3.3.2UL1012 R值为1K5。
TUV R值为2K/0。15uF。
3.3.3漏电流规格TUV:3。5mA,UL1012:5mA。
四.温度测试
(Temperature Test)
4.1定义:
温度测试指PSU于正常工作下,其零件或Case温度不得超出其材质规
格或规格定值。
4.2测试条件:
I/P: Nominal
O/P: Full Load
Ta : 25℃
4.3测试方法:
4.3.1将Thermo Coupler(TYPE K)稳固的固定于量测的物体上
(速干、Tape或焊接方式)。
4.3.2 Thermo Coupler于末端绞三圈后焊成一球状测试。
4.3.3我们一般用点温计测量。
4.4测试零件:
热源及易受热源影响部分
例如:输入端子、Fuse、输入电容、输入电感、滤波电容、桥整、热
敏、突波吸收器、输出电容、输出电容、输出电感、变压器、铁芯、
绕线、散热片、大功率半导体、Case、热源零件下之P.C.B.……。
4.5零件温度限制:
4.5.1零件上有标示温度者,以标示之温度为基准。
4.5.2其他未标示温度之零件,温度不超过P.C.B.之耐温。
4.5.3电感显示个别申请安规者,温升限制65℃Max(UL1012),75℃ Max(TUV)。
五.输入电压调节率
(Line Regulation), %
5.1定义:
输入电压在额定范围内变化时,输出电压之变化率。
Vmax-Vnor
Line Regulation(+)=------------------
Vnor
Vnor-Vmin
Line Regulation(-)=------------------
Vnor
Vmax-Vmin
Line Regulation=----------------
Vnor
Vnor:输入电压为常态值,输出为满载时之输出电压。
Vmax:输入电压变化时之最高输出电压。
Vmin:输入电压变化时之最低输出电压。
5.2测试条件:
I/P:Min./Nominal/Max
O/P:Full Load
Ta:25℃
5.3说明:
Line Regulation 亦可直接Vmax-Vnor与Vmin-Vnor之±最大
值以mV表示,再配合Tolerance%表示。
六.负载调节率
(Load Regulation)%
6.1定义:
输出电流于额定范围内变化(静态)时,输出电压之变化率。
|Vminl-Vcent|
Line Regulation(+)=------------------×100%
Vcent
|Vcent-VfL|
Line Regulation(-)=------------------×100%
Vcent
|VminL-VfL|
Line Regulation(%)=----------------×100%
Vcent
VmilL:最小负载时之输出电压
VfL:满载时之输出电压
Vcent:半载时之输出电压
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