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开关电源原理
阅读:1746时间:2021-01-16 14:41:18

    开关电源是一种电压转换电路,主要的工作内容是升压和降压,广泛应用于现代电子产品。因为开关三极管总是工作在 “开” 和“关” 的状态,所以叫开关电源。开关电源实质就是一个振荡电路,这种转换电能的方式,不仅应用在电源电路,在其它的电路应用也很普遍,如液晶显示器的背光电路、日光灯等。开关源与变压器相比具有效率高、稳性好、体积小等优点,缺点是功率相对较小,而且会对电路产生高频干扰,电路复杂不易维修等。
    在谈开关电源之前,先熟悉一下变压器反馈式振荡电路,能产生有规律的脉冲电流或电压的电路叫振荡电路,变压器反馈式振荡电路就是能满足这种条件的电路;它于基本放大电路与一个反馈回路组成,其中C2、L1组成一个并联谐振选频电路,在电路通电的瞬间VT导通,此时在C2、L1组成的并联谐振电路上产生非常丰富的谐波,当外加频率和并联谐振电路的固有频率相等时,电路进入振荡状态,并通过L3反馈到VT的基极进一步放大,终形成有规律的脉冲电流或电压输出到负载RL上。开关电源就是围绕变压器反馈式振荡电路而设计,只不过在原来的基础上增加了一些保护和控制电路,我们可以用分析振荡电路的方法来分析开关电源。

分类

    开关电源振按荡方式分,可以分为自激式和它激式两种,自激式是无须外加信号源能自行振荡,自激式完全可以把它看作是一个变压器反馈式振荡电路,而它激式则完全依赖于外部维持振荡,在实际应用中自激式应用比较广泛。根据激励信号结构分类;可分为脉冲调宽和脉冲调幅两种,脉冲调宽是控制信号的宽度,也就是频率,脉冲调幅控制信号的幅度,两者的作用相同都是使振荡频率维持在某一范围内,达到稳定电压的效果。变压器的绕组一般可以分成三种类型,一组是参与振荡的初级绕组,一组是维持振荡的反馈绕组,还有一组是负载绕组。在家用电器中使用的开关电源,将220V的交流电经过桥式整流,变换成300V左右的直流电,滤波后进入变压器后加到开关管的集电极进行高频振荡,反馈绕组反馈到基极维持电路振荡,负载绕组感应的电信号,经整流、滤波、稳压得到的直流电压给负载提供电能。负载绕组在提供电能的同时,也肩负起稳定电压的能力,其原理是在电压输出电路接一个电压取样装置,监测输出电压的变化情况,及时反馈给振荡电路调整振荡频率,从而达到稳定电压的目的,为了避免电路的干扰,反馈回振荡电路的电压会用光电耦合器隔离。大多数开关电源有待机电路,在待机状态开关电源还在振荡,只是频率比正常工作时要低。
    有些开关电源很复杂,元件密密麻麻,很多保护和控制电路,在没有技术支持的情况下,维修起来是一件很头疼的事。在我面对这种情况是,首先我会找到开关管及其参与振荡的外围电路,把它从电路中分离出来,看它是否满足振荡的条件,如检测偏置是否正常,正反馈有无故障,还有开关管本身,开关电源有极强大的保护功能,排除后检察控制和保护及负载电路。

测试方法

    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 测试回路:
    1.4 说明:
    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。
    2 测试时电压必须由0V开始调升,并于1分钟内调至高点。
    2 放电时必须注意测试器之Timer设定,于OFF前将电压调回 0V。
    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。
    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
    1定义:
    直流输出电压上重叠之交流电压成份大值(P-P)或有效值。
    2测试条件:
    I/P: Nominal
    O/P : Full Load
    Ta : 25℃
    3测试回路:
    4测试波形:
    5说明:
    1示波器之GND线愈短愈好,测试线得远离PUS。
    2使用1:1之Probe。
    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好将BW设为大。
    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。
    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
    1定义:
    输入一机壳间流通之电流(机壳必须为接大地时)。
    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测试回路:
    4说明:
    1 L,N均需测。
    2UL1012 R值为1K5。
    TUV R值为2K/0。15uF。
    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。
    2测试条件:
    I/P: Nominal
    O/P: Full Load
    Ta : 25℃
    3测试方法:
    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)。
    2 Thermo Coupler于末端绞三圈后焊成一球状测试。
    3我们一般用点温计测量。
    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.……。
    5零件温度限制:
    1零件上有标示温度者,以标示之温度为基准。
    2其他未标示温度之零件,温度不超过P.C.B.之耐温。
    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), %
    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:输入电压变化时之高输出电压。
    Vmin:输入电压变化时之低输出电压。
    2测试条件:
    I/P:Min./Nominal/Max
    O/P:Full Load
    Ta:25℃
    5.3测试回路:
    4说明:
    Line Regulation 亦可直接Vmax-Vnor与Vmin-Vnor之±大
    值以mV表示,再配合Tolerance%表示。
    六.负载调节率
    (Load Regulation)%
    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: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
    2测试条件:
    I/P:Nominal
    O/P:Min./Half/Full Load
    Ta:25℃
    6.3测试回路:
    4Load Regulation亦可直接Vmin.L-Vcent与Vcent-Vmax.之±大
    值以mV表示,再配合Tolerance%表示。

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