SPS电源Word文档下载推荐.docx

1、3. SPS 常用之架构和种类 :3.1. 依输出 / 输入使用的电压高低可分为：（适用于非隔离的环境 ） 所谓非隔离的环境：如同下列所提的环境，都是自己形成一个系统，输入与输出共地，不会与其他的系统连线，而且接地良好，不会对使用者有漏电的危险，例如其中所提的系统输入都属于低电压输入，而且使用者接触的机壳都是接地（GROUND），没有被电到的危险。（a）.降压式 （Buck） : 输入比输出高 ,例如卡车之车用冰箱中的POWER将24V转12VFig. 2-1（b）.升压式 （Boost） : 输入比输出低，例如电击棒将电池电压9V升高为1000VFig. 2-2（c）.降升压式 （Buck-

2、Boost） : 输入比输出低或高 ,例如汽车充电器充笔记型电脑19V电池，而汽车电池有轿车12V及卡车24V两种Fig. 2-3（线路动作原理请参见相关SPS基本原理说明）3.2. 一般常用架构可分为：（适用于需隔离的环境 ） 所谓需隔离的环境：用专业术语来说就是输入与输出不共地，例如帛汉的DCDC使用于网路卡，而网路连线就是一个典型的隔离环境，因为两部电脑的输入接地不一定相同（插头不一定插同一方向），如果使用非隔离的电源，将会天下大乱，而且会有因两部电脑地的电位不同，造成两部电脑间大电流流动，而使保险丝烧毁。（a）.自激式 （Free Running） ： 0.5W 50W自激式一般称为R

3、CC线路，是返驰式的其中一种架构，其震荡频率随负载而变：轻载时振荡频率高，重载时震荡频率低。（b）.返驰式 （Fly-Back） : 3W 200W在此将其定义为常见的定频式PWM（脉波宽度调变式）架构，其脉波宽度随负载而变：轻载时脉波宽度窄，重载时脉波宽度宽。能量转移是靠N-MOS Q1 ON时先存于主变压器T1的GAP中, N-MOS Q1 OFF时，主变压器的能量，经由D1传到输出电容C1。而Rs则是用来侦测输出瓦数，达到保护的目的。Fig. 2-4（c）.顺向式 （Forward） ： 60W 300W顺向式 （Forward） 的动作原理与返驰式 （Fly-Back） 接近，唯其能量

4、是于Q1 ON时先经由D1存于CHOKE L1中（T1没有GAP），Q1 OFF时，L1的能量经由D2传到输出电容C1。注意T1 的磁滞曲线只在第一相限活动。Fig. 2-5（d）.推挽式 （Push-Pull） ： 150W 600W （Half-Bridge） 600W 以上 （Half-Bridge）推挽式 （Push-Pull） 的动作原理则又与前馈式 （Forward） 接近，只是T1 的磁滞曲线则在第1 3相限活动。Fig. 2-63.3. 一般种类可分为：（a）.AC to DC （ Adapter ） : 常用于日常生活中，如计算机、笔记型电脑、无线电话机、充电器（b）.DC

5、to AC （ Inverter ） : 如笔记型电脑中背光板灯管用电源（c）.DC to DC （ Converter ） : 如帛汉现有产品5V转 9V（d）.AC to AC （ Converter ） : 如变频器、电子式安定器4. 常见之规格内容及名词解释：一般规格区分为以下内容： AC 或 DC 输入要求.（4.1）. AC 或 DC 输出要求.（4.2）. 异常使用保护 （Protection） .（4.3）. 操作环境要求 （Operation Environment） .（4.4）. Safety（安规）及各国国家标准.（4.5）. EMI Conduction （电磁传导）

6、 & Radiation（电磁辐射）（4.6）. MTBF （Mean Time Before Failure） 可靠度要求.（4.7）. 机构 .（4.8）. 名词解释 . （4.9）.现分述如下：4.1. AC 或 DC 输入要求 :（a）. Input Voltage Range : 输入电压范围（V），最低最高，例如：台湾、美国为90135 Vac ,欧洲、大陆则为180264 Vac .若为Universal 则为90264Vac。（b）. Input Frequency : 输入AC电源的频率（Hz），视各国发电机系统而定，例如：日本为50Hz ,台湾为60Hz，欧洲、大陆为50H

7、z。（c）. Inrush Current : 输入突波电流（A），指开机瞬间或刚插插头时，流过电源线的尖波电流，通常于冷开机状态下测得为标准。造成的原因是SMPS输入端有电容，开机瞬间电容需要充电而形成类似短路，于是产生尖波电流，需要于输入回路加入热敏电阻予以限制，否则会造成断路器跳脱。一般要求：115Vac时30A Max. ,而230Vac时60A Max.。（d）. Max. Input Current : 最大输入电流（A），出现于最低输入电压时，通常加入10 误差。算法为：Max. Input Current （A） =输出瓦数X 100 %Vin Min. * Efficienc

8、y * Cos * 0.9* 该电流值被要求写在LABEL上。（e）. Input Efficiency : 输入效率（），例如：输出瓦数5W, 输入瓦数10W,则效率510，即为50 。Input Efficiency （%） =输入瓦数 输入瓦数系从瓦特表读到的实功率值，不含功率因数的虚功率（Cos）（f）. AC Input Power Factor : 交流功率因数（Cos），表示输入电压与电流的相位差，一般SMPS的输入阻抗为电容性（因输入有一个大电容），电压波形将落后电流波形，而马达类产品则呈现电感性，电压波形将超前电流波形；这种使电压与电流不同相位，将对发电厂造成虚功率，其值的大

9、小为该相位差角度取Cos值，例如：有一部SMPS使AC输入电压波形落后电流波形45，则Cos0.707,表示若发电厂供应100瓦交流电力（电表读到）给该SMPS，则实际功率只有70.7瓦，如果该SMPS的效率为50，则输出端得到的功率输出为35.35瓦，意思就是说当我们于该SMPS输出端负载35.35瓦，对发电厂来说是100瓦的负载（电表读到）。而一般未加功率因数补偿的SMPS，在AC 115V时Cos0.6 ,AC 230V时Cos0.5 ,甚至更低，不难想像为何欧洲要要求SMPS加入功率因数补偿线路。附注：功率因数补偿线路分为主动式（Active）与被动式 （Pasive），主动式的Cos

10、0.9 Min.,而被动式的Cos0.7 Typ.4.2. AC 或 DC 输出要求 :（a）. Output Accuracy : 输出电压容许误差值（），一般为5，输出电压简称 Vo（b）. Max. Load : 最大输出负载电流（A），亦即为该SMPS设计的最大输出瓦数，因为P VI，例如：一部5V的SMPS，标示最大输出负载电流 Io 2A,即表示最大持续输出瓦数10W.（c）. Min. Load : 最小输出负载电流（A），标示最小的输出负载电流，表示该SMPS为维持输出电压稳定，所需的最小输出电流，Adapter的Min. Load为0 A.（d）. Peak Load : 短

11、时间输出负载电流（A），简称：Ipeak，表示该SMPS可允许短时间的输出负载电流，通常时间为30秒，而负载为Max. Load的1.21.5倍，视负载的产品而不同。例如传真机Ipeak为Io的5倍左右，External Hard Disk 为1.4倍左右。（e）. Output Ripple : 涟波（mV），由于SMPS本身是靠连续不停的振荡，有一个基本震荡频率，每一个周期都有ON与OFF，输出电容不停的充放电，于是输出电压上就重叠着一个交流的成分，称为涟波。该涟波随负载大小而变,一般为输出电压值的1，例如：5V输出时，涟波规格为50mV Max.（f）. Output Noise : 杂

12、讯（mV），以前面SMPS架构中的Fly-Back为例，可以看到初级端有MOS Q1，次极端有Diode D1, 在每一个周期ONOFF时，由于半导体的特性，当打开或关闭时，都会有上升与下降的时间延迟，而在ONOFF转态时，MOS Q1与Diode D1会有一极短暂的时间是同时ON，此时就电路而言会产生很大的电流通过Q1、D1，于是在输出电压上产生杂讯，这同时也是EMI不良的凶手，一般的SMPS很难克服这问题，都是靠输出端再串一级LC滤波（参见方块图），而且规范测试时，示波器频宽要小于20 MHz,并且需要并联电容，这实在是不得已的。（g）. Hold-Up Time : 维持时间（mS），当

13、AC输入电压OFF（关机、停电）时，输出电压维持正常的持续时间，通常标示为20 mS / 115Vac,60Hz Full Load ,该值是由输入电容与变压器的圈比来决定，电容越大维持时间越长。（h）. Rise Time : 输出上升时间（mS），输出电压从10爬升到90的时间，通常为50 mS.（i）. Power Good Signal : 输出OK（mS），一般PC用到多组输出，为使各电路运作正常，于是需要于开机时，有一个齐步走的讯号，代表各个电压已完全正常。该讯号的规格为；比5V延迟100500 mS。（j）. Power Fail Signal : 输出Fail（mS），与Pow

14、er Good是同一个讯号PIN，当电源OFF时该讯号需提早归零，通知CPU电源已经OFF了，赶快将该存的资料存起来。比5V提早1 mS Min.（k）. Over-Shoot : 由于SMPS受限于振荡频率，对输出电压无法像Linear线路般随时监控着，于是当输出负载切换时（比如重载切轻载），输出电压会有一段盲点，出现往上冲的现象，定义往上冲多少就称为Over-Shoot，一般为5。（l）. Under-Shoot : 如同Over-Shoot，输出电压在盲点时也会往下掉，定义往下掉多少就称为Under -Shoot，一般为5。（m）. Line Regulation : 输入稳压率（），当

15、输入电压由最低（90Vac）变化到最高（135Vac），此时输出电压的变化率称为Line Regulation，例如：输入电压90Vac时Vo = Vo90, 输入电压115Vac时 Vo = Vo115, 输入电压135Vac时Vo = Vo135，取最大偏差值与115Vac比较时，算法如下Line Regulation （%） =Vo最大偏差值 Vo115 Vo115 通常规格为1 （n）. Load Regulation : 负载稳压率（），当负载电流由最低（Min. Load）变化到最高（Max. Load），此时输出电压的变化率称为Load Regulation，例如：最低负载电流时

16、Vo = Vo ML，最高负载电流时Vo = Vo FL，算法如下Load Regulation （%） =Vo ML （Min. Load） Vo FL （Max. Load）Vo FL （Max. Load） 此时Min. Load 的大小对负载稳压率的影响非常大，需要与客户密切的沟通，如果Min. Load标示太小，而Load Regulation 要求也要小，则势必要加上假负载在SMPS这一端，造成 Input Efficiency 又比较难符合。 通常规格为 5 ，但会随着输出的组数增多或选用的电路架构而不同 测试的定义也会因各个厂家的习惯而不同（o）. Cross Regulati

17、on : 交互稳压率（），当SMPS输出不只一组时，另外一组负载的轻与重会对本组输出造成影响，例如：V1 = +5V, V2 = +12V，+12V的负载轻与重情况会造成+5V的输出变化，再加上+5V本身负载也有轻与重，于是产生4种组合情形，现仅算其中+5V本身于轻载时的算法如下Cross Regulation （%） =+5Vo （+12V 20% Load） +5Vo （+12V 100% Load）+5V （+12V 100% Load） 通常规格定义各组负载变化 20 100 Full Load，由于输出越多则组合情形越多，生产时则选情况最差时的组合条件来测（p）. Combine R

18、egulation : 综合稳压率（），将Line Regulation 与Load Regulation的条件同时加入SMPS测试，算法同上（q）. Transient Recovery Time （Transient Response） : 当负载由规定的速度（AuSec）变化某一个 Full Load时，输出电压恢复稳定所需的时间，一般规格为 250 mS Max.4.3. 异常使用保护 （Protection）（a）. Over Voltage Protection : 过电压保护，当输出电压上升到某一额定电压时，过电压保护电路即发生动作，使输出电压降到零或维持某一设定的值，达到保护S

19、MPS的目的；一般规定过电压为正常电压的1.11.3倍。（b）. Over Current （Load） Protection : 过电流保护，当输出电流增加到某一设定值时，过电流保护电路即发生动作，使输出电流不再增加，甚或降到零或维持某一设定的值，达到保护SMPS的目的。通常有加入该参数者，即需要加上定电流电路（c）. Over Power Protection : 过功率保护，当输出瓦数增加到某一设定值时，过功率保护电路即发生动作，使输出瓦数不再增加，进而往下降直到降为零，达到保护SMPS的目的。（d）. Over Temperature Protection : 过温度保护，当SMPS本

20、身某一含有侦测温度电路的零件达到设定的温度时，即触发电路动作，使该SMPS停止输出，进而使温度下降，达到保护SMPS的目的。4.4. 操作环境要求 （Operation Environment）（a）. Temperature : 全载情况下，可容许的操作温度范围，例如：0 40（b）. Humility ： 指该SMPS可容许的湿度环境，例如：2085 RH（c）. Attitude ： 指该SMPS可容许的相对高度，例如：10000 ft（d）. Vibration : 指该SMPS符合的震动条件，参见各厂家的要求。（e）. Shock : 指该SMPS符合的冲击条件，参见各厂家的要求。（

21、f）. Cooling : 冷却方式，一般有： Air Convection （对流） : 自然散热 Conduction（传导）: 以散热器帮忙散热 Air Force （风扇）: 以风扇吹4.5. Safety（安规）及各国国家标准（a）. Leakage Current : （漏电流）指输入端对外壳的漏电流量,一般商业用为 750 uA, 一般医疗安规为250 uA,美国地区甚至要求100 uA 以下（b）. Hi-Pot Test : （耐高压测试） 有接地的系统（Class .） 要求：（1）. 初级 （Primary） 次级 （Secondary） : 1500 Vac / 60

22、秒（2）. 初级 （Primary） 接地 （F.G.） : 无接地的系统（Class .） 要求： 3000 Vac / 60 秒（c）. 常见的安规LOGO 如下： UL . 美国 CSA . 加拿大 TUV . 欧洲 VDE 德国 T-Mark .日本 Semko / Nemko / Demko /Fimko .北欧四国 CE .欧盟4.6. EMI Conduction （电磁传导） & Radiation（电磁辐射）常见的EMI 要求如下：（a）.FCC 美国（b）.CISPR 欧盟（c）.VCCI . 日本（d）.BCIQ . 台湾商检局4.7. MTBF （Mean Time B

23、efore Failure） 可靠度要求常见的MTBF 要求分为两种 ：（a）. 根据 MIL-STD-217 计算预估寿命，一般公司在产品初期大多采用该方式。（b）. 实际 BURN-IN ，根据取样数及不良品数，计算得到产品寿命值。该方式应为最准确的方法，但重点是不良品的定义及测试值的取得，困难度非常高，不是一般公司可以做到的。4.8. 机构：基本要求如下：（a）. 外观形状如 Metal Case, Open Frame, Plastic case ,有无风扇，风扇气流量等。（b）. PCB 尺寸、限高区标示（c）. 输入、输出连线方式，使用厂牌型号等（d）. LABEL 内容（e）.

24、包装方式、运输方法、输往何方4.9. 名词解释：（a）. Direct OFF Line : 直接从市电取得供应电力，不需加任何电源变压器的装置（b）. PWM Circuit ： Pulse Width Modulation Circuit，该电路的频率固定，当回授电路得知输出电压不足时，经由改变波宽大小而使输出电压恢复的电路称之。（c）. Current Fold back : 过电流保护的其中一种现象，当负载电流增加到转换点时，输出电流反折下降，并使输出电压降为零的保护动作称之。（d）. Crow-Bar Protect : 撬杆式过电压保护，当输出电压超过某一预设位准时，输出端会快速被短路，而使输出电压变为零的一种过电压保护电路。（e）. Soft Start : 缓开机，是为一种电路控制方式，可防止SMPS于开机瞬间对输入端产生巨大的电流需求，得以顺利开机，一般在DCDC上很需要这种电路控制方式，这样可以减低对输入端的负载效应。