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FAE谈电源
阅读: 1855 |  回复: 5 楼层直达

2018/01/09 23:24:57
1
rainever
电源币:393 | 积分:22 主题帖:28 | 回复帖:534
LV8
师长

QQ截图20160321155901  【测试分享大赛】那些年没整理的疑测笔记 一次发出来

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想来和电源打交道也有好几年了,之前做的研发,随后做FAE一直到现在,这里不谈职业,我们只谈电源和一些工作中的见闻;写一些电源的基础知识,给初学者和相关从业者一些帮助;有不对之处,希望大家不吝纠正,因为FAE有时也吹吹牛,放烟雾弹。

先从什么是电源聊起吧。

(一)什么是电源

回答这个问题先要知道电是如何产生的,从哪里来,怎么传过来。就如下图,很简单,很多人都懂的火力发电站。这些电站都建在城市很远的地方。

1.    1. 燃烧炉耗尽,产生大量的热,将水加热成水蒸气,向右依靠水蒸气的压力推动涡轮旋转,同时冷凝的水蒸气变成水回流继续被加热,促成一个循环。

2.    2. 接着发电机,带动发电机的动子旋转,根据电磁感应原理得到电压输出。通常三相交流电,三个定子切割磁力线,产生三相电。

3.    3. 电力变压器升压后进行电力传输。

所有发电站工作原理都基本一样,水电站直接靠水流转动涡轮,风力就更直接靠风吹动涡轮扇叶;通俗的说,装机容量大的就很多涡轮,然后并网连接。

下图的电网传输可以看到发电站的电是如何一步步传输到生活中的。

发电站的一次升压还不足以进行远程电力传输,变电站会将电压升高至百千伏后通过电塔架线传输,我国已经是高压电工程的领导者。为什么要超高压传输,想必大家都很清楚电能损失P=I*I*R,唯有降低输电电流才可显著降低电能损失。当然电阻的大小也是一方面要考虑的,经济性和实用性决定了不可能用金银来做导线嘛。在靠近城市的郊区在通过变电站降压至家庭或工业用电幅值。

那么问题来了,究竟什么是电源?

通常是指電力的來源。可以是供應電力的系統或裝置,或是其它能夠對負載提供能量輸出的電源。

我们所要聊的开关电源,只是电源的一种,电源还可以是发电设备,太阳能,电池等等。

以下来自维基百科的解释:

开关电源(英文:Switching Power Supply),又稱交換式電源、开关变换器,是一种高频化电能转换装置,是電源供應器的一種。其功能是将一個位準的電壓,透過不同形式的架構轉換為用戶端所需求的電壓或電流。开关电源的輸入多半是交流電源(例如市電)或是直流電源,而輸出多半是需要直流電源的設備,例如个人电脑,而开关电源就進行兩者之間電壓及電流的轉換。

可以说,开关电源无处不在,小到几瓦的手机充电器,大到千瓦级的光刻机电源机组。

另外我们通常说的开关电源只是AC/DCDC/DC转换器,如果是AC/AC,可以是变频器也可以是射频器;如果是DC/AC,则是逆变器。

我们谈的AC/DC通过这么多年的发展,已经逐渐从线性电源转移到开关型电源,注册绑定手机送彩金里有很多比较的帖子,我们稍微带过。现在已经很少有电源公司还做线性电源了,至少偶公司已经没有了,以前在西门子的SMT设备上看到TDK的线性电源,>100KG重死了,当时任务就是开发一个同样功率的开关电源去取代它。

电源能变小,终究是因为高频元件的诞生,高频电路的应用。根据法拉第定理,保持等式成立其他条件不变,频率变高几百倍以后,变压器体积随之而变小。

一个简单的线性电源结构如下:

简单的说就是一个变压器先把220vac降低到合适的大小然后用二极管整流成馒头波,后接滤波电容再用晶体管进行稳压输出。线性电源只能做降压输出。

一个简单的开关电源结构如下:

220vac交流电先经过电磁滤波器,然后整流桥,后进入变压器和开关元件组成的开关电路,在变压器次级输出矩形波;经过整流和滤波得到稳定输出电压。开关元件的工作则由电源IC的电路系统操控。

开关电源有着许多拓扑结构,根据功率大小,性价比或者应用场合来决定研发时的拓扑选择,这里不一一介绍(楼主其实也只搞过几种结构,这部分不敢班门弄斧)

作为一个电源产品的FAE,每个拓扑的基本原理大致都要了解,做过研发就更好了。

这里附上TI的拓扑图,感觉还是蛮有用的,以前打印了一直贴在办公桌上。

TI-topology.pdf

官方: www.ti.com/lit/sg/sluw001f/sluw001f.pdf

今天先写到这,慢慢的接着写。

标签 开关电源
2018/01/10 00:02:27
2
chebd
电源币:12470 | 积分:12 主题帖:23 | 回复帖:321
LV6
团长
沙发
2018/01/10 09:16:05
3
hdzpc
电源币:10 | 积分:0 主题帖:19 | 回复帖:156
LV5
营长
写的非常好,这都是基础啊,温故而知新!
2018/01/10 12:49:39
4
t226397139
电源币:2 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:2
LV1
士兵
写的很清楚,期待后续大作
2018/01/11 22:58:13
5
rainever
电源币:393 | 积分:22 主题帖:28 | 回复帖:534
LV8
师长

谢谢几个同僚的回复,这些基础的东西看起来是比较乏味,不过为了写完整,我希望能写全FAE的电源工作;

今天来谈谈电源的这些参数知识。

一个成熟的电源产品有很丰富的电源数据,不论你是做研发还是做销售,都需要知道这些参数。尤其是现在的澳门金沙线上娱乐销售,如果你不能和客户的工程师做澳门金沙线上娱乐交流,你几乎就卖不出去产品。

最基本参数:输入电压/电流(范围和类型),输出电压/电流(可调范围),功率(通常是输入功率)

这些参数在电源的铭牌上都有,也是安规要求,根据最新的62368-1的规定,输入电流或功率也要标注。

输入电压的全球分布:

常规电源参数:

功率密度=输出功率/电源体积

功率因数:Power Factor = Real Power / Apparent Power = COS θ

                ** θ is the phase shift between real and apparent power 电压和电流的相位差

因此输入功率Input Power = Vrms x Irms x PF

也就说凡是用万用表量的输入电压和电流的乘积输入功率(有用功)

电源效率:h = (Pout / Pin) x 100% = [(Pin – Ploss) / Pin] x 100%这个没什么好说的;

谐波限制标准:EN61000-3-2Limits for harmonic current emission for input current ≤ 16A per phase.

尽管这个电流谐波规范始源于欧盟,但是几乎所有客户都有要求达标,谐波测试是在230vac电压输入,根据终端设备进行分类标准,现在的电源应用很广,可能需要同时满足Class A /B /D, LED driver通常是Class C。需要特别了解的是,这个是谐波规范,对功率因数没有任何要求,而且目前没有哪个安规有针对功率因数的要求。

浪涌电流Inrush current:是指静止状态下的电源第一次开机时的瞬时冲击电流。测这个电流的时候,必须是满载且在输入电压是90°或270°启动时才达到最大值。

造成inrush的原因其实是电源的电解滤波电容被充电,inrush太高容易触发断路器,要降低inrush通常使用thermistor NTC串在电路里,限制inrush的峰值。如果NTC造成的损耗太大,多数设计是并联relay继电器和NTC,然后串联在电路里。仅启动时靠NTC降低inrush,正常工作靠继电器导通。

Hold up time:电压保持时间

交流输入断电后,输出电压在规定幅值内的保持时间。如图,这个时间行业标准是16~20ms,可供电源下游的可能存在的MCU/CPU等保存数据。对于有PFC的电源来说,输入电压对这个时间没影响,对于flyback机构的电源来说,通常测115vac标准输入时的时间值。

hold up time的测试必须是当输出电压AC在90°或270°时关断,再测量输出电压的持续时间。

Line regulation:线性调整率

在一定负载条件下,通过改变输入电压,测算输出电压的变化范围。

Line Reg = [(Vmax – Vmin) / Vnominal] x 100%

好的电源,线性调整率都在0.5%以下。一般都在50%负载下测试。

Load regulation:负载调整率

在固定输入电压的条件下,改变负载大小,测算输出电压的变化范围。

Load Reg = [(Vmax – Vmin) / Vnominal] x 100%

一般都是在max input voltage输入,输出0负载和满载条件下,测量输出电压;通常低于1%

Cross regulation:交叉调整率

这个是多路输出电源的一个参数指标,固定输入电压的条件下,给输出OP1加负载10%~100%,测量输出OP2的电压变化,通常不高于5%

Temperature regulation:温差调整率

温度对输出电压的影响其实很小,这个主要取决于电路里选择元件的质量问题,类似运放OP amp,反馈回路,光耦的温漂。通常电源会给出一个温差系数temperature coefficient,这个值一般在0.02%/℃~ 0.06%/℃,越低越好;我们会测试电源规格书中工作温度对输出电压的影响,得到电压变化值百分比再除以温度的变化值,从而得到温差系数。

Over/Undershoot电压过冲

过冲是输出电压的瞬时变化,通常是超过正常输出电压的调整范围,在负载突变或电源启动时发生。Undershoot调整不足一般发生在负载突变情况下。

Overshoot = {(Vmax – Vnormal) / Vnormal] x 100%

Transient Response动态响应:

阶跃负载测试,通常是50%负载阶跃至75%或100%负载,具体每个公司标准不太一样;负载变化时测量输出电压的变化。动态响应时电压一般都有overshoot的情况,通常需要在500us之内回归正常范围电压。这个也是研发阶段检查反馈回路稳定性的一个简易方法。

现在多数的电源为了满足更低的空载损耗,在零负载时电源工作在burst mode情况,动态响应很差,所以测试时一般不会从空载开始上升。

Ripple & noise波纹和噪音

这两东西一直是同时存在的,要分清他们也很容易。波纹一定是带频率的,而噪音是杂乱的。

大部分的电源ripple & noise值都在1%,怎么量是很关键的,必须靠近输出端口测量,而不是在负载端测量。各大厂商普遍要求测量时在20MHz限频内,并联10uf的电解+0.1uf的陶瓷电容以消除探针误差和干扰。

Peak Loading峰值负载

这个参数很多电源不具备,但是现在流行的各大消费品客户都有需求。一般峰值负载是额定负载的2~3倍,持续时间从10ms到10几秒不等,平均功率不超过额定负载。

这方面我遇到很多客户,像创新科技,他们的音响设备类似subwoofer,normal loading 100W左右,peak loading 300W持续时间5s,环境温度要求50度;能效等级6,自然冷却.

这个是SKYNET的电源规格,恰好可以被运用到,量需求50K~80K。他们家做很多这种具备peak loading的产品,竞争对手也少,是个不错的选择,就是宣传做的不到位。当时我发现这个电源的时候就对销售说我们就算了吧,规格meet不到,改进参数又卖不出好价钱,回头跟marketing的人反应去。。。

Peak loading非常适合在电子音响,传声机,咖啡机,游戏机等等,需要瞬时高功率输出的场合。

今天就写到这里。之后会写一些电源保护,安规,应用,以及EMC,还有医疗/军规的东西。

2018/02/26 09:37:29
6
yuyan
电源币:0 | 积分:0 主题帖:251 | 回复帖:1228
LV9
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