電源并不是一個簡單的小盒子,它相當(dāng)于有源器件的心臟,源源不斷的向元器件提供能量。電源的好壞,直接影響到元器件的性能。電源的設(shè)計、制造及品質(zhì)管理等測試需要精密的電子儀器設(shè)備來模擬電源供應(yīng)器實(shí)際工作時之各項(xiàng)特性(亦即為各項(xiàng)規(guī)格),并驗(yàn)證通過后才能投入使用。
工程師在設(shè)計或者測評電源或使用者選擇電源時須知考慮以下要素:
01描述輸入電壓影響輸出電壓幾個指標(biāo)形式
1. 絕對穩(wěn)壓系數(shù)
A.絕對穩(wěn)壓系數(shù):表示負(fù)載不變時,穩(wěn)壓電源輸出直流變化量△U0與輸入電網(wǎng)變化量△Ui之比。即:K=△U0/△Ui。
B. 相對穩(wěn)壓系數(shù):表示負(fù)載不變時,穩(wěn)壓器輸出直流電壓△Uo的相對變化量△Uo與輸出電網(wǎng) Ui 的相對變化量Ui之比。即:S=△Uo/Uo /△Ui/Ui。
2. 電網(wǎng)調(diào)整率
它表示輸入電網(wǎng)電壓由額定值變化±10%時,穩(wěn)壓電源輸出電壓的相對變化量,有時也以絕對值表示。
3. 電壓穩(wěn)定度
負(fù)載電流保持為額定范圍內(nèi)的任何值,輸入電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)變化所引起的輸出電壓相對變化△Uo/Uo百分值),稱為穩(wěn)壓器的電壓穩(wěn)定度。
02負(fù)載對輸出電壓影響的幾種指標(biāo)形式
1. 負(fù)載調(diào)整率(也稱電流調(diào)整率)
在額定電網(wǎng)電壓下,負(fù)載電流從零變化到最大時,輸出電壓的最大相對變化量,常用百分?jǐn)?shù)表示,有時也用絕對變化量表示。
2. 輸出電阻(也稱等效內(nèi)阻或內(nèi)阻)
在額定電網(wǎng)電壓下,由于負(fù)載電流變化△IL引起輸出電壓變化△Uo,則輸出電阻為Ro=|△Uo/△IL| 歐。
03紋波電壓的幾個指標(biāo)形式
最大紋波電壓
在額定輸出電壓和負(fù)載電流下,輸出電壓的紋波(包括噪聲)的絕對值的大小,通常以峰峰值或有效值表示。
紋波系數(shù) Y(%)
在額定負(fù)載電流下,輸出紋波電壓的有效值Urms與輸出直流電壓 Uo 之比,即y=Umrs/Uo x100%
紋波電壓抑制比
在規(guī)定的紋波頻率(例如 50Hz)下,輸出電壓中的紋波電壓 Ui~與輸出電壓中的紋波電壓 Uo~之比,即:紋波電壓抑制比=Ui~/Uo~ 。
這里聲明一下:噪聲不同于紋波。紋波是出現(xiàn)在輸出端子間的一種與輸入頻率和開關(guān)頻率同步的成分,用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在輸出電壓的 0.5%以下;噪聲是出現(xiàn)在輸出端子間的紋波以外的一種高頻成分,也用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在輸出電壓的 1%左右。紋波噪聲是二者的合成,用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在輸出電壓的 2%以下。
04沖擊電流
沖擊電流是指輸入電壓按規(guī)定時間間隔接通或斷開時,輸入電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)前所通過的最大瞬間電流。一般是 20A——30A。
05過流保護(hù)
過流保護(hù)是一種電源負(fù)載保護(hù)功能,以避免發(fā)生包括輸出端子上的短路在內(nèi)的過負(fù)載輸出電流對電源和負(fù)載的損壞。過流的給定值一般是額定電流的 110%——130%。
06過壓保護(hù)
過壓保護(hù)是一種對端子間過大電壓進(jìn)行負(fù)載保護(hù)的功能。一般規(guī)定為輸出電壓的 130%——150%。
07輸出欠壓保護(hù)
當(dāng)輸出電壓在標(biāo)準(zhǔn)值以下時,檢測輸出電壓下降或?yàn)楸Wo(hù)負(fù)載及防止誤操作而停止電源并發(fā)出報警信號,多為輸出電壓的 80%——30%左右。
08過熱保護(hù)
在電源內(nèi)部發(fā)生異?;蛞蚴褂貌划?dāng)而使電源溫升超標(biāo)時停止電源的工作并發(fā)出報警信號。
10溫度漂移和溫度系數(shù)
溫度漂移:環(huán)境溫度的變化影響元器件的參數(shù)的變化,從而引起穩(wěn)壓器輸出電壓變化。常用溫度系數(shù)表示溫度漂移的大小。
絕對溫度系數(shù):溫度變化1攝氏度引起輸出電壓值的變化△UoT,單位是 V/℃或毫伏每攝氏度。
相對溫度系數(shù):溫度變化 1 攝氏度引起輸出電壓相對變化△UoT/Uo,單位是 V/℃。
10漂移
穩(wěn)壓器在輸入電壓、負(fù)載電流和環(huán)境溫度保持一定的情況下,元件參數(shù)的穩(wěn)定性也會造成輸出電壓的變化,慢變化叫漂移,快變化叫噪聲,介于兩者之間叫起伏。
表示漂移的方法有兩種:
1. 在指定的時間內(nèi)輸出電壓值的變化△Uot。
2. 在指定時間內(nèi)輸出電壓的相對變化△Uot/Uo。
考察漂移的時間可以定為 1 分鐘、10 分鐘、1 小時、8 小時或更長。只在精度較高的穩(wěn)壓器中,才有溫度系數(shù)和溫漂兩項(xiàng)指標(biāo)。
11響應(yīng)時間
響應(yīng)時間是指負(fù)載電流突然變化時,穩(wěn)壓器的輸出電壓從開始變化到達(dá)新的穩(wěn)定值的一段調(diào)整時間。在直流穩(wěn)壓器中,則是用在矩形波負(fù)載電流時的輸出電壓波形來表示這個特性,稱為過度特。
12失真
失真這是交流穩(wěn)壓器特有的。是指輸出波形不是正 波形,產(chǎn)生波形畸變,稱為畸變。
13噪聲
按30Hz——18kHZ 的可聽頻率規(guī)定,這對開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換頻率不成問題,但對帶風(fēng)扇的電源要根據(jù)需要加以規(guī)定。
14輸入噪聲
為使開關(guān)電源工作保持正常狀態(tài),要根據(jù)額定輸入條件,按由允許輸入外并疊加于工業(yè)用頻率的脈沖狀電壓(0——peak)制定輸入噪聲指標(biāo)。一般外加脈沖寬度為 100——800us,外加電壓 1000V。
15浪涌
這是在輸入電壓,以 1 分鐘以上的間隔按規(guī)定次數(shù)加一種浪涌電壓,以避免發(fā)生絕緣破壞、閃絡(luò)、電弧等異常現(xiàn)象。通信設(shè)備等規(guī)定的數(shù)值為數(shù)千伏,一般為 1200V。
16靜電噪聲
指在額定輸入條件下,外加到電源框體的任意部分時,全輸出電路能保持正常工作狀態(tài)的一種重復(fù)脈沖狀的靜電。一般保證 5——10KV 以內(nèi)。
17穩(wěn)定度
允許使用條件下,輸出電壓最大相對變化△Uo/Uo。
18電氣安全要求(GB 4943-90)
1電源結(jié)構(gòu)的安全要求
1) 空間要求
UL、CSA、VDE 安全規(guī)范強(qiáng)調(diào)了在帶電部分之間和帶電部分與非帶電金屬部分之間的表面、空間的距離要求。UL、CSA要求:極間電壓大于等于 250VAC 的高壓導(dǎo)體之間,以及高壓導(dǎo)體與非帶電金屬部分之間(這里不包括導(dǎo)線間),無論在表面間還是在空間,均應(yīng)有 0.1 英寸的距離;VDE 要求交流線之間有 3mm 的徐變或 2mm 的凈空隙;IEC 要求:交流線間有 3mm 的凈空間隙及在交流線與接地導(dǎo)體間的 4mm 的凈空間隙。另外,VDE、IEC要求在電源的輸出和輸入之間,至少有 8mm 的空間間距。
2) 電介質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試方法(打高壓:輸入與輸出、輸入和地、輸入 AC 兩級之間)
3) 漏電流測量
漏電流是流經(jīng)輸入側(cè)地線的電流,在開關(guān)電源中主要是通過靜噪濾波器的旁路電容器泄露電流。UL、CSA 均要求暴露的不帶電的金屬部分均應(yīng)與大地相接,漏電流測量是通過將這些部分與大地之間接一個 1.5K 歐的電阻,其漏電流應(yīng)該不大于 5 毫安。VDE 允許:用 1.5K 歐的電阻與 150nP 電容并接。并施加 1.06倍額定使用電壓,對數(shù)據(jù)處理設(shè)備,漏電流應(yīng)不大于 3.5 毫安。一般是 1 毫安左右。
4) 絕緣電阻測試
VDE 要求:輸入和低電壓輸出電路之間應(yīng)有 7M 歐的電阻,在可接觸到的金屬部分和輸入之間,應(yīng)有 2M 歐的電阻或加 500V 直流電壓持續(xù) 1 分鐘。
5) 印制電路板要求
要求是 UL 認(rèn)證的 94V-2 材料或比此更好的材料。
2對電源變壓器結(jié)構(gòu)的安全要求
1) 變壓器的絕緣
變壓器的繞組使用的銅線應(yīng)為漆包線,其他金屬部分應(yīng)涂有瓷、漆等絕緣物質(zhì)。
2) 變壓器的介電強(qiáng)度
在實(shí)驗(yàn)中不應(yīng)出現(xiàn)絕緣層破裂和飛弧現(xiàn)象。
3) 變壓器的絕緣電阻
變壓器繞組間的絕緣電阻至少為 10M 歐,在繞組與磁心、骨架、屏蔽層間施加 500 伏直流電壓,持續(xù) 1 分鐘,不應(yīng)出現(xiàn)擊穿、飛弧現(xiàn)象。
4) 變壓器濕度電阻
變壓器必須在放置于潮濕的環(huán)境之后,立即進(jìn)行絕緣電阻和介電強(qiáng)度實(shí)驗(yàn),并滿足要求。潮濕環(huán)境一般是:相對濕度為 92%(公差為 2%),溫度穩(wěn)定在 20 到 30 攝氏度之間,誤差允許 1%,需在內(nèi)放置至少 48 小時之后,立即進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)。此時變壓器的本身溫度不應(yīng)該較進(jìn)入潮濕環(huán)境之前測試高出 4 攝氏度。
5) VDE 關(guān)于變壓器溫度特性的要求
要求是 UL 認(rèn)證的 94V-2 材料或比此更好的材料。
6) UL、CSA 關(guān)于變壓器溫度特性的要求。
注:
IEC——International ElectrotechnICal Commission
VDE——Verbandes Deutcher ElectrotechnICer
UL——Underwriters’ Laboratories
CSA——CANadian Standards Association
FCC—— Federal CommunICations Commission
19無線電騷擾(按照 GB 9254-1998 測試)
1. 電源端子騷擾電壓限值
2. 輻射騷擾限值
20電磁兼容性試驗(yàn)
電磁兼容性試驗(yàn)(electromagnetIC compatiblity EMC)
電磁兼容性是指設(shè)備或系統(tǒng)在共同的電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中 任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾的能力。
電磁干擾波一般有兩種傳播途徑,要按各個途徑進(jìn)行評價。一種是以波長長的頻帶向電源線傳播,給發(fā)射區(qū)以干擾的途徑,一般在 30MHz 以下。這種波長長的頻率在附屬于電子設(shè)備的電源線的長度范圍內(nèi)還不滿 1 個波長,其輻射到空間的量也很少,由此可掌握發(fā)生于電源線上的電壓,進(jìn)而可充分評估干擾的大小,這種噪聲叫做傳導(dǎo)噪聲。
當(dāng)頻率達(dá)到 30MHz 以上,波長也會隨之變短。這時如果只對發(fā)生于電源線的噪聲源電壓進(jìn)行評價,就與實(shí)際干擾不符。因此,采用了通過直接測定傳播到空間的干擾波評價噪聲大小的 方法,該噪聲就叫做輻射噪聲。測定輻射噪聲的方法有上述按電場強(qiáng)度對傳播空間的干擾波進(jìn)行直接測定的方法和測定泄露到電源線上的功率的方法。
!電磁兼容性試驗(yàn)包括以下試驗(yàn)!
?、? 磁場敏感度:(抗擾性)設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)暴露在電磁輻射下的不希望有的響應(yīng)程度。敏感度電平越小,敏感性越高,抗擾性越差。固定頻率、峰峰值的磁場
?、?靜電放電敏感度:具有不同靜電電位的物體相互靠近或直接接觸引起的電荷轉(zhuǎn)移。300PF 電容充電到-15000V,通過 500 歐電阻放電。可超差,但放完后要正常。數(shù)據(jù)傳遞、儲存,不能丟
?、?電源瞬態(tài)敏感度:包括尖峰信號敏感度(0.5us 10us 2 倍)、電壓瞬態(tài)敏感度(10%-30%,30S 恢復(fù))、頻率瞬態(tài)敏感度(5%-10%,30S 恢復(fù))。
?、?輻射敏感度:對造成設(shè)備降級的輻射干擾場的度量。(14K-1GHz,電場強(qiáng)度為 1V/M)
⑤ 傳導(dǎo)敏感度:當(dāng)引起設(shè)備不希望有的響應(yīng)或造成其性能降級時,對在電源、控制或信號線上的干擾信號或電壓的度量。(30Hz-50KHZ 3V ,50K-400M 1V)
⑥ 非工作狀態(tài)磁場干擾:包裝箱 4.6m 磁通密度小于 0.525uT,0.9m 0.525Ut。
?、?工作狀態(tài)磁場干擾:上、下、左、右交流磁通密度小于 0.5mT。
⑧ 傳導(dǎo)干擾:沿著導(dǎo)體傳播的干擾。10KHz-30MHz 60(48)dBuV。
⑨ 輻射干擾:通過空間以電磁波形式傳播的電磁干擾。10KHz-1000MHz 30 屏蔽室60(54)uV/m。
21環(huán)境實(shí)驗(yàn)
環(huán)境試驗(yàn)是將產(chǎn)品或材料暴露到自然或人工環(huán)境中,從而對它們在實(shí)際上可能遇到的貯存、運(yùn)輸和使用條件下的性能作出評價。包括低溫、 高溫、恒定濕熱、交變濕熱、 沖撞(沖擊和碰撞)、振動、恒加速、貯存、長霉、腐蝕大氣(例如鹽霧)、砂塵、空氣壓力(高壓或低壓)、溫度變化、可燃性、密封、水、輻射(太陽或核)、 錫焊、接端強(qiáng)度、噪聲(微打65DB)等。
文章來源:一個成熟的開關(guān)電源需要通過哪些指標(biāo)和實(shí)驗(yàn)