开关电源概念：纹波、噪声、电解电容、恒流.docx

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1、开关电源概念：纹波、噪声、电解电容、恒流今天分享开关电源的一些概念0O1.纹波与噪声1、O5开关电源的输出并不是其正恒定的，输出存在若周期性的抖动，这些抖动看上去就和水蚊一样，称为触波。纹波可以是电压或虫途纹波。通常用2个参数来描述纹波：1）最大坡波电压：纹波的峰峰值。2）纹波系数：交流分盘的有效值与直流分量之比.2、效产生的原因开关虫遂的纹波来自2个地方：1）低频纹波：来自A1.输入的周期，电源对输入的抑制比不是完美的，当输入变化，输出也会变化。2）高频纹波：来自开关切换的周期，开关电源不是线性连续输出能量，而是将能量组成一个个包来传输，因此会存在和开关周期相对应的纹波。如果是线性电源，是没

2、有开关纹波的，只有低频纹波。3、统波的影响最大纹波会决定输出的峰值，本来输出是稳定的某个电压或电流，由于纹波的影响，使得输出的峰值比平均值高，这可能会损坏负载。比如,对曲来说，过高的电流会减少1.ED的寿命.过大的纹波系数会使得输出的能量不均衡平滑，从而偏离了直流输出这个要求，比如，对1.ED来说，过大的纹波系数会使得1.ED亮度变化，造成闪烁。如果开关电源用来驱动电池，1.ED灯这种负我，低频纹波的影晌更大，如果是驱动迨这种高速型负载，高频纹波的影响更大。4、蚊波与噪声纹波是由于AC周期或开关周期引起的输出抖动，而噪声是随机短佥到输出上的高频值量，是不一样的。电源在使用时，有两个明显变化的外

3、部条件:输入和负载。好的电源应该在辘入和负载发生变化时，依然能维持恒压或恒流.将输入或负载变化时，输出偏离额定输出的程度称为调整率，比如输入在最大最小值之间变化，测板输出的偏差比率，为一个百分比，比如5%,就称为调整率为5%。注意区分调整率和纹波，纹波是输出的动态特征，而调整率是让电源工作在极限外部条件下，输出的极限偏差。2、调整率类型1）输入调整率其他条件不变，调节输入时，输出的偏差，时丁AC电源来说，是以AC线的有效电压作为变化区间，比如以18（264作为上下限来变化。有时还会调节AC的频率，来看输出是否有偏差，比如从4763HZ区间。2）负载调整率其他条件不变，调节负载时，输出的偏差。3

4、）综合调整率同时调节输入和负数，找出最差的偏差。03恒流1、1.ED恒流驱动为什么照明用1.ED都是电流驱动？1.ED是二极管,而二极管的PN结的正向导通阻抗是负温度系数，随着温度的升高，二极管正向导通阻抗降低。如果用恒压源驱动1.ED,随着1.ED工作，温度开始升高，温度升高后，正向导通阻抗降低，由于I=UR,电流升高，且由于功率P=U*I,功率也增加，1.ED发热更厉害，进一步剌激温度升高，陷于恶性循环，直到1.EI）损坏。恒压源驱动时，温度和电路是一对正反馈。所以照明1.ED都是恒流驱动，如果是非照明，1.ED儿乎没有温升，此时可以用恒压驱动。2、恒流精度恒流精度和其他的恒压效果一样，体

5、现在几个方面。1）当负载发生变化时，电源输出的电流的恒定程度。在实际应用时，多个不同的1.ED串不可能阻抗特性完全相同，将这些不同的负载接到电源上后，电流的误差就定义为恒流精度。不光是多负我，同个1.ED温度不同时,阻抗特性也不同，不同温度下电潦也是有误差的，但这和前面的条件本质还是一样，都是负载变化.因此在测试恒流精度时，需要使用电子负载,让负载在合理的葩围内变化，测量电压的电流误差。2）当电源内部元件参数变化时，电源输出的电流的恒定程度。这并不是标准的恒流精度的定义，但目前很多电源都是有这个要求，其中个重要的指标是储能元件，比如电感，或变压器，感值存在误差时，电源输出电流的恒定度。考虑到成

6、本因素，储能元件在加工时偏差是很大的,所以，电源应当设计成对储能元件的感值不敬感。3、锂电池恒流驳动便携式设备所用的锂电池，在不同电量的情况卜.，电压是不同的，以地所用的俚电池为例，电池在满能量时约42V,低能量:时约2.5Ve如果使用恒压源对电池充电，当电池电量较低时，充电电潦会极大，相当于电压源接到电容上，会损坏电池。损坏的原因是大电流带来的大发热。为了限制大电潦，H前的充电器都是使用恒流-恒压充电，当电池电压低时，使用恒流输出。04冲击与浪涌1、冲击电流如果负载为一个容性负载，将一个电压源直接加到负载上时，会产生一个非常大的电流，这个电潦就称为冲击电流，过大的冲击电流会使得交流线上的保护

7、电路识别为短路,会导致空气开关跳闸，熔断保险丝等问题。对于AC电源来说，将电源接到AC线上的一瞬间，AC电源本身就是一个容性负载，假如此时电源的负载处在满负荷状态，IIAC线正处在峰值电*处，会产生最大的冲击电潦。2、浪涌（电压）闪电，击击等会在电网上制造时间非常短的高电压脉冲或者高能址脉冲.这种过压通常是由专门的保护器进行保护，比如浪涌放电器。大功率设备断开或接入电网时，会使得电网电压上升或跌落。为了保护电源，有时会使用一个小取电用接住输入端，敏电阳的阳值和其上的电仃关，节电正变大时，阳值降低。为什么压敏电阻不能包含雷击等产生的脉冲，因为这种浪涌有可能是同时出现在1.线和N线上的.05效率与

8、待机功耗1、效率和待机功耗这两个概念很简单，但有一点需要理清，就是电源在工作时:虽然待机功耗就是电源本身的全部损耗，但是在电源带负载时，电源本身的功耗要大于待机功耗。电源本身的功耗主要来自于电感/变压涔的损耗，开关管的损耗，二极管的损耗，这些损耗都和切换频率有关，而目前的开关电源.在输出功率很低时，都会将频率降低以节能，所以电源本身的功耗在带负载工作时和待机时是完全不同的。但是效率是随着负载消耗增加而升高的，这个很好理解，待机时效率为0,而带负载时，电源本身功耗的增加跟不上负载消耗的增加。06ESR1、电容ESR开关电源都需要在输出加一个电容，招切换电路投递过来的断续能量平滑成稳定的线性输出，

9、这个电容的克要性不言而喻。一个非理想因素就是所有的电容都有等效串联幽(ESR),这个电阻会导致一系列问题。电容桎压的原理就是当VO电压上升时.吸入电流，将能状17储广电容,、与Vo电除卜降时，吐出电流，释放能量“这个过程中,电流始终流过ESR.2、ESR导致的纹波ESR是输出高频电压纹波的罪魁祸首，当电容储能和释能时，电流方向相反，因此输出在VkYC+VESR,和YoNC-VESR之间切换，ESR越大.纹波电压越大。3、电解电容ESR的危害为了降低成本，通常输出电容会使用偏移的电解电容，但是电解电容的ESR是较高的。ESR大小：电解电容钥电容陶瓷电容。对于电解电容来说，高纹波电压倒在其次，要命

10、的是ESR会导致电容发热，电流越大，发热越厉宙，发热越厉害，电解电容的电解液蒸发得越快，随着电解液的蒸发，ESR加大，发热更高，陷入恶性循环“电解电容本身就寿命不高，是电源系统中寿命最短的器件，由于ESR导致的发热，会加快电解电容报废，所以开关电源随着时间的推移，纹波电压会越来越大。4、解决ESR的问题解决方法是降低ESR阻值或降低流过ESR的电流，降低流过ESR的电源比较麻烦，比较简雎的方法是降低ESR阳值。可以采用低ESR的电解电容替代普通电容，或者用多个电容并联来替代单个电容,多个电容并联的方法缺点是占用大量的空间，在小体积电源中应用受限，所以有时会用陶度和电解电容并联的方法，甚至用一种

11、多层陶直电容杵代多个陶兖电容。07动态1、动态响应通常动态响应特指电源的输入，负载阶跋变化所导致的输出被扰动后恢豆正常的过程。AC电源的输入为不间断交流，一般不关心输入的阶跣变化，动态响应通常仅限于描述负载在一定范困内变化时的响应。通常定义空载为0%,满栽为1除，然后用负载在某2个百分比之间的切换来定义负栽变化.常用的负载变化有O1.o0、1090、2080,25-75,取决于应用，对于充电这类需要热插拔的应用，最大的变化在O-IO0。2、动态响应的指标动态响应一般有2个指标，一个叫过冲幅度，另一个叫稔定时间。过冲幅度定义为输出f6i高稳定值的幅度，有上冲和下冲。稳定时间是负我开始变化到输出达

12、到能接受的范围内的时间。3、动态响应和阶跃响应阶跃晌应，指的是输入阶跃，输出跟着阶跃，也就是说输出要尽快的变到目标值，而动态响应指的是负载阶跃,输出要尽快的稳定下来。这两者在形式上不同，但本质是相同的.以恒压输出为例，当负教突变时，为J维持电压恒定，需耍调整电流,电流调整的过程，通过负数就会表现出电压的波动，所以，负我的动态响应，其本质就是负毂输出电流这个传递函数的阶跃响应。4、动态响应的系统框图将1.o更视为输入，IOUT和YOUT视为输出。将1.Oad视为输入后，REF就是固定值，整个系统的传递函数变为1.oadTOUT的传递函数,对于负教非阻性的应用，比如电池等，也将其模拟为电阻,将一般性电源系统适用F动态响应的系统框图重画如下: