开关电源

开关电源(Switched-Mode Power Supply,SMPS)是一种电源供应系统,通过快速切换电子开关器件(通常是晶体管或MOSFET)来将输入电压转换为稳定的输出电压。相对于线性电源,开关电源具有更高的效率和更小的体积,因此在各种应用中广泛使用

磁性元件、变压器、电容发出噪声、直流纹波偏大、输出电压震荡、功率器件过热……电源研发设计时遇到的这些问题,往往是控制环路不稳定引起的,伯德图告诉你如何解决!

为什么要测环路?

环路分析作为检验控制系统稳定性的重要手段之一,在许多应用场合都有其相应的应用,在开关电源、运放反馈网络中,环路测试可以清晰准确的测试出开关电源的稳定性和响应速度,可以为电子工程师设计稳定的控制电路提供直观的数据参考。而环路分析的测量方式可以大大减少环路稳定性的验证周期,并且具备直观的波形曲线图显示,方便观察和分析。

“图1
图1 AC-DC开关电源拓扑图

环路分析测试原理

环路分析可以扫频或单频点测试,扫频测试的原理主要是给开关电源电路注入一个频率变化的正弦信号,测量开关电源在频域上的特性,通过分析穿越频率、增益裕度和相位裕度来判断环路是否稳定,此外,还可以通过伯德图显示不同频率下系统增益的大小和相位。在产品研发期间,工程师往往需要反复的修改和调试电路,此时环路分析可以提供直观的数据对比,快速判断系统是否达到稳定状态,增强工程师对产品设计的信心!

“图2
图2 ZDS4000/3000系列环路分析界面

环路分析测试步骤

1、搭建环路分析测试系统

为了完成控制环路相应的测试,需要将一个扰动信号(一定幅度和频率范围的扫频正弦波信号或单一频点正弦波信号)注入到控制环路的反馈路径中,这个反馈路径就是指R1和R2的电阻分压器网络。此外我们还需要将一个阻值很小的注入电阻插入到反馈环路中才能注入一个误差信号。如下图3.1中标注的注入电阻为5Ω,注入电阻与R1和R2串联阻抗相比是微不足道的,所以用户可以考虑把这个低阻值注入电阻作为长久使用的测试器件。另外还需要使用一个隔离变压器来隔离这个交流干扰信号,从而不产生任何的直流偏置。

测试信号接线如图3.1所示,通过示波器控制信号发生器输出所需的频率信号,经过隔离变压器后注入到注入电阻两端,示波器同步使用X1衰减比的探头进行测试,且在接地时尽量使用接地弹簧替代接地夹子。

“图3.1
图3.1 环路测试信号接线

2、参数设置

完成接线后我们需要在ZDS4000/3000系列示波器上进行环路测试关键参数的配置:

  • 注入通道:指连接注入基准信号的通道,以该通道为当前频率的基准;

  • 输出通道:指连接反馈输出信号的通道;

  • 测量选项:可选增益-相位、阻抗-相位、幅值-相位和THD-相位;

  • 测量模式:可选择扫频或单点;

  • 最小频率:扫频的最小频率值,扫频范围最小值可选10Hz~20MHz;

  • 最大频率:扫频的最大频率值,扫频范围最大值可选100MHz~30MHz;

  • 滤波使能:是否使能扫频时开启数字滤波;

  • 滤波类型:当使能滤波后,可选择低通或带通滤波;

  • 截止频率/中心频率:低通滤波或带通滤波的频率设置;

  • 十倍频点数:设置信号发生模块在对数下10倍频点下的输出的频点个数,例如100Hz到1KHz之间的频点个数;

  • 输出电压:设置信号发生模块的输出电压峰峰值;

  • 输出阻抗:设置信号发生模块的输出阻抗,需要与被测电路的阻抗匹配;

  • 分段幅值:设置为ON时,可以当前设置的扫频范围内的每个10倍频点进行幅值调节,如果设置为OFF,则统一使用一个幅值。

“图3.2
图3.2 参数设置界面

3、开始测试

设置无误后,可以通过示波器面板上【Run/Stop】按键或点击菜单【运行停止按钮】启动测试,测试启动后,界面会切换到环路扫频运行界面,该界面会根据当前采样到的频率、相位差、增益,不断地自动绘制出频率与相位、频率与增益的动态曲线,并且根据曲线的范围,自动调节显示的垂直刻度。其中,蓝色曲线为增益曲线,橙色曲线为相位曲线。如下图3.3所示:

“图3.3
图3.3 扫频测试运行界面

结果分析

通过扫频曲线伯德图,可以直观的看到整个频率范围内的增益和相位变化趋势,增益裕度(GM)和相位裕度(PM)信息显示在扫频界面的右上角,相位裕度(PM)是指增益穿越0dB时的相位值,增益裕度(GM)是指相位穿越0°的增益值,PM和GM是衡量开关电源稳定的一个重要指标。

“图4
图4 实测扫频曲线

通过最终的扫频曲线,如何判断系统是否稳定?

1、穿越频率(增益为0dB时对应的频率):建议为开关频率的5%~20%;

2、相位裕度(增益为0dB时对应的相位):要求一定要大于45°,建议45°~80°;

3、穿越斜率(0dB附近):要求为单极点穿越,一般是要去穿越斜率在-1左右,即-20dB/十倍频;

4、增益裕度(相位为0°时对应的增益差):建议大于10dB(注意,GM是正值,实际测量的增益值为负值,增益裕度 = 0bB – 测量值)。

来源: ZLG致远电子
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围观 131

开关电源调试一般分为下面的四个主要的步骤:

一、先检查

二、再上电调试

三、测试每个功能

四、测试整体性能

01、检查,我们都知道拿到一个装好器件的PCB板时候,我们先要目检下。

首先是检测这个器件是不是装错了,二极管、电解电容、MOS管、电感等有没有装反,光耦、芯片有没有错,脚位是不是对。

02、目测下PCB上面的插件器件有没有挤在一起,是不是需要加强绝缘,然后查看实物与丝印有没有不符的等现象,贴片器件有没有实物与封装不一致,位号的丝印是不是也会出现看不清楚,字体大小不符合要求等,有没有被遮挡,对于二极管、电解电容的正负极是否能清楚的识别。

03、检测输入输出的端子或线材有没有装反,特别是线材是不是要求的规格与长度,颜色是不是与客户要求的一样。

04、检测PCB上没有装的元器件,记录下来后再与原理图对比一下,看是不需要装的器件还是需要装的,如果是需要装的,那就要检测下为什么没有装上,是制作的过程中漏了,还是BOM漏了,要是制作过程中出的错要去查下为什么会这样,避免下次再出现这样的想象,如果是BOM里面漏了的需要补上去,检查完这些后,再查看底层的器件有没有虚焊,搭焊、假焊等现象。

这一个过程一定要认真检测,有些产品虚焊很难查出来,导致上的就炸机,这是不能原谅的低级错误。

05、万用表检测下输入端口是不是短路,输出端口有没有短路,如果有短路需要排查清楚,然后再用万用表测试下MOS管的DS是不是正常。二极管的正负都用万用表测试下是不是正常。

06、用电桥测试电感的感量是不是对的,再就检测下变压器的感量,同名端,各绕组之间的匝比对不对当检查完成后,我们就需要上电了。这里说明下,变压器都先不组装在PCB板上,等调试好了一个电源再组装完成其他的变压器,避免在调试的过程中出现要调整变压匝数的时候,需要拆变压器。

07、上电前我们需要清理好调试的桌面,把桌面的杂物与焊渣都要清理干净,我的习惯是PCB下面垫一个黄胶带。如下图所示,这一个黄胶带是绕变压器用的的绝缘胶带,一电般电源工程师都会有,垫在电源下面的原因是在调试的过程中,难免会有焊渣掉到调试台上,出现机器短路现象,特别是贴片层放在下面的时候能更好的避免桌上的焊渣短路。

“开关电源调试的这13个步骤,你都熟记于心了吗?"

08、准备工作做好后,我们就开始上电了,上电前我们需要理清楚先调试哪部分,如果只是一个简单的反激电源,我们可以先调试出芯片周围是不是正常的,我们可以先把驱动电阻拆除。如图上R8,然后把MOS管的GS短接起来。再上输入的电压,电压由最开始的10V开始慢慢的上,如果是输入数字的source可以每次10V的上电,当上到了50V后,可以每50V一次的加,上电的时候看功率仪上面的输入电流是不是正常,每加一档电压停留下,看功率仪上面的电流是不是很小,一般都是mA级别,如果出现了几A的电流肯定是不正常的,需要马上关机检测下哪个元器件温度高,如果有热成像仪是最好的,没有就只能用手去摸,那个元器件最烫手,最烫手的肯定是有问题的。如果上电稳定电流很小说明是正常的,这样我们就可以先看是不是有驱动波形打出来,如果有的话,可以关电,在给一个VCC电压给芯片,然后再上电。这里需要注意,我们用直流源给VCC提供电压的时候,在直流源与VCC之间用一个二极管隔离,避免VCC启动时电压高灌到直流源里面,开机的顺序是先上输入的大电,然后再给VCC的直流电,这样我们就可以检测下其他脚的波形是不是与我们的设计是一样的,如果不一样查看下原因。检测好了芯片功能正常后就可以把驱动电阻还原正常上电了。

“开关电源调试的这13个步骤,你都熟记于心了吗?"

09、当上电输出正常了,我就要查看一些保护功能是不是正常了,比如驱动波形的弥勒效应是否正常,过流电阻上的电压是不否与设计的一样,然后过温度,过压、欠压、实际测试与设计的不符的需要调整,并查明原因,调试到保护功能都正常。

10、常温下老化测试下温升,这个时候尽量用热成像仪去测试,前面30分钟每5分钟查看下温度,记录下来这个温度的上升趋势,不能太快,如果一切正常,30分钟后每20分钟查看下,这一个过程是3-4个小时,整机的温度就会稳定下来,温度高的需要整改的就整改,改好后就需要测试整机性能。

11、性能测试,基本的电器性能测试,一般测试输出的纹波,负载调整率,输入调整率,动态负载等,测试完成后就是应力。

12、应力的测试需要测试各种条件下的状况,并记录波形,不能有过应力设计,这种测试对于工程师来说是非常的枯燥无味,时间也非常的长,一般一个功率器件就需要一天的时候,这一步有很多的工程师是草草了事,一般是1天就完成了,其实这是对自己的产品不负责任。应力测试完成后,就是组装其他机器,测试电性能是否一致性。

13、所有机器都调试完成后就是EMC与EMS的进行,这又是一个非常耗时间的过程,不知道其他工程师怎么样,反正我感觉是这样的,在调试这一个过程的时候可以去高温里面测试功率器件的温升。当上面的事情做完后,对于工程师来说完成了一段落,后面就是送测试部门测试。

来源:电源研发精英圈
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围观 48

作为一名电源研发工程师,自然经常与各种芯片打交道,可能有的工程师对芯片的内部并不是很了解,不少同学在应用新的芯片时直接翻到Datasheet的应用页面,按照推荐设计搭建外围完事。如此一来即使应用没有问题,却也忽略了更多的技术细节,对于自身的技术成长并没有积累到更好的经验。今天以一颗DC/DC降压电源芯片LM2675为例,尽量详细讲解下一颗芯片的内部设计原理和结构,IC行业的同学随便看看就好,欢迎指教!

LM2675-5.0的典型应用电路

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打开LM2675的DataSheet,首先看看框图

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这个图包含了电源芯片的内部全部单元模块,BUCK结构我们已经很理解了,这个芯片的主要功能是实现对MOS管的驱动,并通过FB脚检测输出状态来形成环路控制PWM驱动功率MOS管,实现稳压或者恒流输出。这是一个非同步模式电源,即续流器件为外部二极管,而不是内部MOS管。

下面咱们一起来分析各个功能是怎么实现的

01、基准电压

类似于板级电路设计的基准电源,芯片内部基准电压为芯片其他电路提供稳定的参考电压。这个基准电压要求高精度、稳定性好、温漂小。芯片内部的参考电压又被称为带隙基准电压,因为这个电压值和硅的带隙电压相近,因此被称为带隙基准。这个值为1.2V左右,如下图的一种结构:

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这里要回到课本讲公式,PN结的电流和电压公式:

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可以看出是指数关系,Is是反向饱和漏电流(即PN结因为少子漂移造成的漏电流)。这个电流和PN结的面积成正比!即Is->S。

如此就可以推导出Vbe=VT*ln(Ic/Is) !

回到上图,由运放分析VX=VY,那么就是I1*R1+Vbe1=Vbe2,这样可得:I1=△Vbe/R1,而且因为M3和M4的栅极电压相同,因此电流I1=I2,所以推导出公式:I1=I2=VT*ln(N/R1) N是Q1 Q2的PN结面积之比。

回到上图,由运放分析VX=VY,那么就是I1*R1+Vbe1=Vbe2,这样可得:I1=△Vbe/R1,而且因为M3和M4的栅极电压相同,因此电流I1=I2,所以推导出公式:I1=I2=VT*ln(N/R1) N是Q1 Q2的PN结面积之比。

这样我们最后得到基准Vref=I2*R2+Vbe2,关键点:I1是正温度系数的,而Vbe是负温度系数的,再通过N值调节一下,可是实现很好的温度补偿!得到稳定的基准电压。N一般业界按照8设计,要想实现零温度系 数,根据公式推算出Vref=Vbe2+17.2*VT,所以大概在1.2V左右的,目前在低压领域可以实现小于1V的基准,而且除了温度系数还有电源纹波抑制PSRR等问题,限于水平没法深入了。最后的简图就是这样,运放的设计当然也非常讲究:

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如图温度特性仿真:

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02、振荡器OSC和PWM

我们知道开关电源的基本原理是利用PWM方波来驱动功率MOS管,那么自然需要产生振荡的模块,原理很简单,就是利用电容的充放电形成锯齿波和比较器来生成占空比可调的方波。

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最后详细的电路设计图是这样的:

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这里有个技术难点是在电流模式下的斜坡补偿,针对的是占空比大于50%时为了稳定斜坡,额外增加了补偿斜坡,我也是粗浅了解,有兴趣同学可详细学习。

03.误差放大器

误差放大器的作用是为了保证输出恒流或者恒压,对反馈电压进行采样处理。从而来调节驱动MOS管的PWM,如简图:

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04.驱动电路

最后的驱动部分结构很简单,就是很大面积的MOS管,电流能力强。

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05.其他模块电路

这里的其他模块电路是为了保证芯片能够正常和可靠的工作,虽然不是原理的核心,却实实在在的在芯片的设计中占据重要位置。

具体说来有几种功能:

1、启动模块

启动模块的作用自然是来启动芯片工作的,因为上电瞬间有可能所有晶体管电流为0并维持不变,这样没法工作。启动电路的作用就是相当于“点个火”,然后再关闭。如图:

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上电瞬间,S3自然是打开的,然后S2打开可以打开M4 Q1等,就打开了M1 M2,右边恒流源电路正常工作,S1也打开了,就把S2给关闭了,完成启动。如果没有S1 S2 S3,瞬间所有晶体管电流为0。

2、过压保护模块OVP

很好理解,输入电压太高时,通过开关管来关断输出,避免损坏,通过比较器可以设置一个保护点。

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3、过温保护模块OTP

温度保护是为了防止芯片异常高温损坏,原理比较简单,利用晶体管的温度特性然后通过比较器设置保护点来关断输出。

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4、过流保护模块OCP

在譬如输出短路的情况下,通过检测输出电流来反馈控制输出管的状态,可以关断或者限流。如图的电流采样,利用晶体管的电流和面积成正比来采样,一般采样管Q2的面积会是输出管面积的千分之一,然后通过电压比较器来控制MOS管的驱动。

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还有一些其他辅助模块设计。

六、恒流源和电流镜

在IC内部,如何来设置每一个晶体管的工作状态,就是通过偏置电流,恒流源电路可以说是所有电路的基石,带隙基准也是因此产生的,然后通过电流镜来为每一个功能模块提供电流,电流镜就是通过晶体管的面积来设置需要的电流大小,类似镜像。

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七、小结

以上大概就是一颗DC/DC电源芯片LM2675的内部全部结构,也算是把以前的皮毛知识复习了一下。当然,这只是原理上的基本架构,具体设计时还要考虑非常多的参数特性,需要作大量的分析和仿真,而且必须要对半导体工艺参数有很深的理解,因为制造工艺决定了晶体管的很多参数和性能,一不小心出来的芯片就有缺陷甚至根本没法应用。整个芯片设计也是一个比较复杂的系统工程,要求很好的理论知识和实践经验。最后,学而时习之,不亦说乎!

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围观 67

这是一个在消费类电子产品上应用的降压式开关电源原理图。设计人员应能在此线路图上区分出功率电路中元器件和控制信号电路中元器件。如果设计者将该电源中所有的元器件当作数字电路中的元器件来处理,则问题会相当严重。通常首先需要知道电源高频电流的路径,并区分小信号控制电路和功率电路元器件及其走线。

一般来讲,电源的功率电路主要包括输入滤波电容、输出滤波电容、滤波电感、上下端功率场效应管。控制电路主要包括 PWM 控制芯片、旁路电容、自举电路、反馈分压电阻、反馈补偿电路。

开关电源PCB排版8大要点总结,功率电路与控制电路实例解析
一个典型降压式开关电源原理图(12V 输入,3.3V/15A 输出)
〔电源控制电路(细线)、功率电路(粗线)〕

电源功率电路PCB排版

电源功率器件在 PCB 上正确的放置和走线将决定整个电源工作是否正常。设计人员首先要对开关电源功率器件上的电压和电流的波形有一定的了解。

下面显示一个降压式开关电源功率电路元器件上的电流和电压波形。

由于从输入滤波电容(Cin), 上端场效应管(S1)和下端场效应管(S2)中所流过的电流是带有高频率和高峰值的交流电流,所以由Cin-S1-S2所形成的环路面积要尽量减小。同时由S2,L和输出滤波电容(Cout)所组成的环路面积也要尽量减小。

开关电源PCB排版8大要点总结,功率电路与控制电路实例解析
开关电源功率电路上的电流和电压

如果设计者未按本文所述的要点来制作功率电路 PCB,很可能制作出如下所示的错误的电源 PCB。

开关电源PCB排版8大要点总结,功率电路与控制电路实例解析
不正确的开关电源功率器件放置和走线

这个PCB排版存在许多错误:

第一,由于Cin有很大的ESL,Cin的高频滤波能力基本上消失;

第二,Cin-S1-S2和S2-L-Cout环路的面积太大,所产生的电磁噪音会对电源本身和周边电路造成很大干扰;

第三,L的焊盘靠得太近,造成CP太大而降低了它的高频滤波功能;

第四,Cout焊盘引线太长,造成ESL太大而失去了高频滤波功能。

开关电源PCB排版8大要点总结,功率电路与控制电路实例解析

这是一个比较好的电源功率电路PCB走线。Cin-S1-S2和S2-L-Cout环路的面积已控制到最小。

S1的源极,S2的漏极和L之间的连接点是一整块铜片焊盘。由于该连接点上的电压是高频,S1、S2和L需要靠得非常近。虽然L和Cout之间的走线上没有高峰值的高频电流,但比较宽的走线可以降低直流阻抗的损耗使电源的效率得到提高。

如果成本上允许,电源可用一面完全是接地层的双面PCB,但必须注意在地层上尽量避免走功率和信号线。在电源的输入和输出端口还各增加了一个瓷片电容器来改善电源的高频滤波性能。

电源控制电路 PCB 排版

电源控制电路 PCB 排版也是非常重要的。不合理的排版会造成电源输出电压的漂移和振荡。控制线路应放置在功率电路的边上,绝对不能放在高频交流环路的中间。旁路电容要尽量靠近芯片的 VCC 和接地脚(GND)。反馈分压电阻最好也放置在芯片附近。芯片驱动至场效应管的环路也要尽量减短。

电源排版基本要点 :控制芯片至上端和下端场效应管的驱动电路环路要尽量短。

开关电源PCB排版实例

大家最在文章中看到的那个典型降压式开关电源PCB的元器件面走线图。此电源中采用了一个低价PWM控制器(Semtech型号SC1104A)。PCB下层是一个完整的接地层。此PCB功率地层与控制地层之间没有分隔。

可以看到该电源的功率电路由输入插座(PCB左上端)通过输入滤波电容器(C1,C2),S1,S2,L1,输出滤波电容器(C10,C11,C12,C13),一直到输出插座(PCB右下端)。SC1104A被放置在PCB的左下端。

因为,在地层上功率电路电流不通过控制电路,所以,无必要将控制电路接地层与功率电路接地层进行分隔。如果输入插座是放置在PCB的左下端,那么在地层上功率电路电流会直接通过控制电路, 这时就有必要将二者分隔。

开关电源PCB排版8大要点总结,功率电路与控制电路实例解析
降压式开关电源 PCB 上层图(下层是接地层)

开关电源PCB排版要点总结

8大要点:

1、旁路瓷片电容器的电容不能太大,而它的寄生串联电感应尽量小,多个电容并联能改善电容的阻抗特性;

2、电感的寄生并联电容应尽量小,电感引脚焊盘之间的距离越远越好;

3、避免在地层上放置任何功率或信号走线;

4、高频环路的面积应尽可能减小;

5、过孔放置不应破坏高频电流在地层上的路径;

6、系统板上不同电路需要不同接地层,不同电路的接地层通过单点与电源接地层相连接;

7、控制芯片至上端和下端场效应管的驱动电路环路要尽量短;

8、开关电源功率电路和控制信号电路元器件需要连接到不同的接地层,这二个地层一般都是通过单点相连接。

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围观 29

1、开关电源的检修技巧

开关电源各输出端始终无电压输出的最常见原因:交流220v整流滤波电路中的保险电阻开路;开关管基极到100uf/400v大滤波电容正极之间的电阻开路。

开关电源只在开机瞬间有小电压输出的常见原因:行输出管击穿,开关电源中开关变压器一左的2.2uf~100uf电解电容失效漏电。

开关电源输出电压低的最常见原因:行输出变压器局部短路`脉宽调制电路中的三极管和二极管击穿`漏电`光耦合器件中的三极管漏电等。

造成光栅与图象S扭曲和有两条垂直方向移动黑带的原因:100UF?400V大滤波电容失效和容量下降。

造成光栅局部有彩斑的和图象局部彩色不对的原因:是开关电源交流220V输入电路中的消兹电阻开路。

2、开关电源无输出的检修技巧

1、开关电源始终无电压输出的原因

开关电源始终无电压输出是指开关电源各输出端,在按电源开关开机后始终为0V,这种情况是由于开关电源未产生震荡所致。进一步证实的方法是测开关电源100UF/400V电容关机后的电压,若300V之后慢慢下降,则说明开关电源未产生振荡。

开关电源未产生振荡的原因有:
(1)开关管集电极未得到足够的工作电压
(2)开关管基极未得到启动电压和相关电路漏电
(3)开关管正反馈元件失效

2、判断故障的方法和步骤

检修这类故障的首要任务是判断鼓障在上述三个部位中的哪个部位,具体方法是测开关管集电极,基极电压,可能有以下几种情况:

(1)开关管集电极电压为0V和低于市电1.4倍,开关管没有正常的工作电压,如果有1.4倍的电压,说明开关管集电极具备了正常的工作电压,说明AC220V及整流滤波电路工作正常。

(2)开关管的基极电压为0V(包括开机瞬间)这种情况说明启动电路对开关管基极未提供启动(导通)电压,或基极与发射极之间相关元件击穿,应对启动电路和开关管发射极及相关元件进行检查,若电压为0.6~0.7(包括开几瞬间),说明启动电路和开关管发射极元件正常,若在0.7V以上说明启动电路正常,但开关管发射结或其元件断路或阻值变大。

(3)开关管具备导通条件:开关管基极电压为0.6~0.7V,集电极电压大于250V,说明开关管具备了工作条件,故障在正反馈电路,包括正反馈电阻,电容,续流二极管及开关变压器正反馈绕组及其之间的连接应制板。

3、开关电源瞬间有电压出检修技巧

1、瞬间电压输出故障原因

这种故障在按下启动开关的瞬间,开关电源某个或各个输出端电压有一个小的电压输出,然后降为0V,这种情况说明开关电源在加电的初始产生了振荡,但后由于过压,过流保护引起停振,或开关机接口电路加电初始为开机状态,但随CPU清零的结束而转入待机状态,引发这种情况的原因有:

(1)开关电源因故输出电压比标准值高10V而引起过压保护
(2)负载过流引起保护动作
(3)保护电路自身的误动作
(4)遥控系统因故执行待机指令

2、判断故障方法与步骤

(1)假负载法
(2)测量保护元件是否击穿
(3)断开法
(4)降压法

3、各功能电路的检测方法

通过上述方法判断故障在开关电源的哪个部分后,对各个部分的检查方法如下:

(1)对脉宽调制电路和正反馈电路的检查。对正反馈电路中的电解电容直接更换
目前开关电源的正反馈电路中的振荡电容有两种,一是0。016UF 0。039UF胆电容,其故障率很低,检修这种电容可以排除,另一种是10UF左右的电解电容,故障率使用数年后有可能,检修时直接更换此电容,

(2)更换脉宽调制电路工作电压形成中的电解电容
在手中无交流调压器的情况下,对于过压保护故障,为了安全起见可先更换脉宽调制电路工作电压形成电路中的易损件,即滤波电容(几微法到100UF不等的电解电容),看开关电源是否恢复正常。

4、开关电源输出电压低检修技巧

1、开关电源输出电压低的原因

(1)220V交流电压输入电路和整流滤波电路对开关管提供的工作电压不够,超出脉宽调制电路的控制范围。
(2)负载电路存在过流引起开关电源负载加重而导致输出电压下降。
(3)开/关机接口电路处于待机状态,令开关电源工作于低频振荡状态其输出电压为待机状态下的度数。此类故障仅应于无预备电源,CPU预备状态下的工作电压由开关电源提供的机型。
(4)开/关机接口电路末端因故工作于开机或待机之间的状态,从而导致开关电源工作于待机与开机状态之间的工作频率,造成开关电源输出电压高于待机值,低于开机值。
(5)保护电路端因故障工作于导通状态,使电源进入弱振窄脉冲供电,引起开关电源输出电压下降。
(6)整流输出电路中的二极管和滤波电容,限流电阻损坏引起输出电压变低。
(7)脉宽调制电路有问题,不能对开关电源输出电压的变化做出正切的响应,对电源开关管基极电压调整方向大小不对,从而造成开关电源输出电压低。
(8)正反馈电路中的正反馈电阻变大,放电二极管性能变差,正反馈量不足,导致振荡周期变长。振荡频率下降,从而引起开关电源输出电压低。
(9)它激式开关电源因未得到行逆成而工作低于低频状态,造成输出电压低。

2、判断故障方法与步骤

(1)测行输出管集电极电压判断故障
(2)测开关电源各个输出端电压判断故障。
(3)输出电压下降比列大,有的 输出电压下降比列小。

5、开关电源输出电压高的检修技巧

影响开关电源输出电压高的原因

(1)对局有倍压整流的机型,在市电正常的情况下错误工作于倍压整流状态(只使用于部分新型遥控彩色电视机)。
(2)脉宽调制电路问题。
(3)振荡电容容量下降。
(4)主负载(行扫描电路)未工作造成开关电源负载变轻引起输出电压升高。

转自:电子电路

围观 80

对于单极性开关变压器,由于磁芯工作于磁滞回线的半区,所以磁芯损耗约为双极性开关变压器的一半。变压器总损耗为总铜耗与磁芯损耗之和。

MOSFET开关管工作的最大占空比Dmax:


式中:Vor为副边折射到原边的反射电压,当输入为AC 220V时反射电压为135V;VminDC为整流后的最低直流电压;VDS为MOSFET功率管导通时D与S极间电压,一般取10V。

变压器原边绕组电流峰值IPK为:


式中:η为变压器的转换效率;Po为输出额定功率,单位为W。

变压器原边电感量LP:


式中:Ts为开关管的周期(s);LP单位为H。

变压器的气隙lg:


式中:Ae为磁芯的有效截面积(cm2);△B为磁芯工作磁感应强度变化值(T);Lp单位取H,IPK单位取A,lg单位为mm。

变压器磁芯

反激式变换器功率通常较小,一般选用铁氧体磁芯作为变压器磁芯,其功率容量AP为


式中:AQ为磁芯窗口面积,单位为cm2;Ae为磁芯的有效截面积,单位为cm2;Po是变压器的标称输出功率,单位为W;fs为开关管的开关频率;Bm为磁芯最大磁感应强度,单位为T;δ为线圈导线的电流密度,通常取200~300A/cm2,η是变压器的转换效率;Km为窗口填充系数,一般为0.2~0.4;KC为磁芯的填充系数,对于铁氧体为1.0。

根据求得的AP值选择余量稍大的磁芯,一般尽量选择窗口长宽之比较大的磁芯,这样磁芯的窗口有效使用系数较高,同时可以减少漏感。

变压器原边匝数NP:


式中:△B为磁芯工作磁感应强度变化值(T),Ae单位为cm2,Ts单位为s。

变压器副边匝数Ns:


式中:VD为变压器二次侧整流二极管导通的正向压降。

功率开关管的选择

开关管的最小电压应力UDS


一般选择DS间击穿电压应比式(9)计算值稍大的MOSFET功率管。

绕组电阻值R:


式中:MUT为平均每匝导线长度(cm);N为导线匝数;

为20℃时导线每cm的电阻值(μΩ)。

绕组铜耗PCU为:


原、副边绕组电阻值可通过求绕组电阻值R的公式求出,当求原边绕组铜耗时,电流用原边峰值电流IPK来计算;求副边绕组铜耗时,电流用输出电流Io来计算。

磁芯损耗

磁芯损耗取决于工作频率、工作磁感应强度、电路工作状态和所选用的磁芯材料的性能。对于双极性开关变压器,磁芯损耗PC:


式中:Pb为在工作频率、工作磁感应强度下单位质量的磁芯损耗(W/kg); Gc为磁芯质量(Kg)。
对于单极性开关变压器,由于磁芯工作于磁滞回线的半区,所以磁芯损耗约为双极性开关变压器的一半。变压器总损耗为总铜耗与磁芯损耗之和。

来源:21ic电子网

围观 36

本文主要介绍安规电容。

安规电容是指失效后,不会导致电击,不危及人身安全的电容器,通常只用于抗干扰电路中的滤波作用。交流输入线一般由三个端子,火线L(Live),零线N(Neutral),地线PE/G(ProtectingEarthing/Ground)。X电容与Y电容的定义,并不是因为材质的不一样(一般都是金属薄膜电容),而是按接入方式:X电容接在L-N线间,形似“X”;Y电容接在L-PE或者N-PE间,形似“Y”。

X电容

X电容跨接在L-N线间,一般用于滤波器中抑制差模干扰用。因为用途的原因,X电容有以下几个特点:

额定电压应当与输入电网电压相当(规格上标识的耐压AC250V或AC275V字样),保证不会被加在两端的电压击穿。

X电容一般容量会比Y电容大些,典型容值是零点几μF~1μF。

对于不同要求的设备,X电容的脉冲耐压规格有所不同,X电容一般分为X1/X2/X3三种等级,即X1电容使用最多:

X电容一般使用金属聚脂薄膜类电容。这种类型的电容,体积较大,但其内阻相应较小,纹波电流大,容易在瞬间充放电。普通电容动态内阻较高,纹波电流较小,耐压也难达到规格。

根据实际需要,X电容的容值允许比Y电容的容值大,但此时必须在X电容的两端并联一个安全电阻,用于防止电源线拔插时,由于该电容的充放电过程而致电源线插头长时间带电。安全标准规定,当正在工作之中的机器电源线被拔掉时,在两秒钟内,电源线插头两端带电的电压(或对地电位)必须小于原来额定工作电压的30%。


Y电容

Y电容通常被用于电源进线或桥式整流输出(初级地)对次级地、机架、屏蔽或大地之间,也有用于电源进线整流输出正对次级输出正之间,用于抑制共模干扰电压。Y电容漏电或机壳带电会直接导致操作人员电击,介于其使用场合,Y电容有以下几个特点:

容值不能过大,一般不超过4700pF(GJB151规定Y电容的容量应不大于0.1uF),以抑制漏电流的大小。

耐压高,保证在使用场合有充足的安全余量,避免出现击穿短路现象。

同样,Y电容也分等级,同样按照耐压值分为Y1/Y2/Y4(在最新版标准“IEC 60384-14:2013”中取消了Y3类电容器),并对额定电压范围做了新的规定。

额定电压应当接入两端压差相当(规格上标识的耐压AC300V字样),保证不会被加在两端的电压击穿。

出于安全方面考虑,230VAC开关电源中,单个Y1电容使用范围为1000~4700pF,一般使用1000pF或者2200pF(两只Y2串联达到同等级耐压要求时容量翻倍),保证漏电流尽可能小。





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围观 330

本文跟大家聊聊直流电源入口的防反接电路。

下面这个电路相信大家都不陌生,但很多人都是直接搬过来用,本文就给大家介绍介绍该电路的原理。


直流电源防反接的方式很多,最简单的有串连一个二极管的,也有采用整流桥的,还有采用继电器的。






采用MOS管的这个电路是直流电源入口处防反接的常见的用法。一般有如下两种形式:



针对串接在正极上的情况分析如下:

当电源反接时MOS管截止,保护了负载。当电源正接时由于MOS管饱和导通压降比较小,几乎不损失电压,比在电源端加保险管再在负载并联一个二极管的方案好一些。

当电源正接时,由于MOS管中的寄生二极管的存在,从而使得MOS管的Vgs电压为输入电压减去寄生二极管压降电压0.7V,这个电压是大于MOS开关导通的阈值电压的,从而使MOS管导通,导通后相当于寄生二极管被MOS管导通短路,从而可以通过更大的电流。

当电源电压接反时,MOS不导通,MOS管是截止的。从而保护后级电路的安全。MOS管GS之间的R和D(稳压二极管)是为了确保电源接入正确时,更好的保证MOS管导通,如果省去稳压二极管D,则有可能由于输入电压过高导致超过MOS管的Vgs最大值,从而容易使MOS管损耗。加入稳压管也是更好的保护MOS管。

DS之间的R3C1电路是为了吸收开关形成的尖峰信号,常用于大电流应用,小电流可不用。同时通过调整R1、R2、C2的参数还能调整电路的缓启时间。

NMOS接在电源的负极,栅极高电平导通。PMOS接在电源的正极,栅极低电平导通。由于NMOS管的导通电阻比PMOS的小,因此对压降要求高的情况可选用NMOS。

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围观 251

本文主要介绍开关电源中的吸收缓冲电路。

电源的基本拓扑电路上一般没有吸收缓冲电路,实际电路上一般有吸收缓冲电路,吸收与缓冲是工程需要,不是拓扑需要。

吸收与缓冲的作用如下:

  •   防止器件损坏,吸收防止电压击穿,缓冲防止电流击穿;

  •   使功率器件远离危险工作区,从而提高可靠性;

  •   降低开关器件损耗,或者实现某种程度的软开关;

  •   降低di/dt和dv/dt,降低振铃,改善EMI品质。

也就是说,防止器件损坏只是吸收与缓冲的作用之一。

吸收是对电压尖峰而言。电压尖峰的成因如下:
  •   电压尖峰是电感续流引起的;
  •   引起电压尖峰的电感可能是:变压器漏感、线路分布电感、器件等效模型中的感性成分等;
  •   引起电压尖峰的电流可能是:拓扑电流、二极管反向恢复电流、不恰当的谐振电流等。

减少电压尖峰的主要措施有:

  •   减少可能引起电压尖峰的电感,比如漏感、布线电感等;
  •   减少可能引起电压尖峰的电流,比如二极管反向恢复电流等;
  •   如果可能的话,将上述电感能量转移到别处;
  •   采取上述措施后电压尖峰仍然不能接受,最后才考虑吸收。吸收是不得已的技术措施。

缓冲是对冲击尖峰电流而言,电流尖峰的成因如下:

  •   引起电流尖峰的第一种原因是二极管(包括体二极管)反向恢复电流。
  •   引起电流尖峰的第二种原因是对电容的充放电电流。这些电容可能是:电路分布电容、变压器绕组等效分布电容、设计不恰当的吸收电容、设计不恰当的谐振电容、器件的等效模型中的电容成分等等。

缓冲的基本方法:在冲击电流尖峰的路径上串入某种类型的电感,可以是以下类型:

开关电源之“吸收和缓冲”

缓冲的特性:

  •   由于缓冲电感的串入会显著增加吸收的工作量,因此缓冲电路一般需要与吸收电路配合使用;
  •   缓冲电路延缓了导通电流冲击,可实现某种程度的软开通(ZIS);
  •   变压器漏感也可以充当缓冲电感。

下面以buck电路为例,说明吸收和缓冲电路的工作流程:

开关电源之“吸收和缓冲”

开关电源之“吸收和缓冲”

当L-MOS打开时,PHASE点会出现电压尖峰。这种尖峰会对L-MOS造成威胁,导致L-MOS被烧坏或寿命大幅缩短。PHASE后的线路,由于有储能大电感的存在,瞬时变化的电流I不能通过电感。所以对瞬时(高频)电压电流而言,其路径只能是通过L-MOS。实际电路中多余的能量大部分是由L-MOS的内阻消耗的。由于等效电容很小,所以多余能量(电荷)能够在电容两端造成较大的电压。所以减小电压尖峰的方法是减小流入等效电容的电荷数量。

RC-snubber电路从两个方面去解决电压尖峰的问题:

  •   对PHASE点电压等于输入电压时的电感电流分流,这样使得流入L-MOS等效电容的电流大大减小。而snubber电容的容值选取较大,吸收了多余的能量后产生的电压不会太大。这样使得PHASE点的电压尖峰减小。

  •   RC中的电阻起到阻尼作用,将谐振能量以热能消耗掉。

RC-snubber电路的好处有:
  •   增强phase点的信号完整性。
  •   保护L-MOS提高系统可靠性。
  •   改善EMI。

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