高低溫試驗(yàn)箱這通常會(huì)增加共模EMI干擾和

　　電源是一切電子設(shè)的心臟，沒有電源，高低溫試驗(yàn)箱電子設(shè)就不可能工作。雖然市面上有很多介紹開關(guān)電源的書籍，但仍然缺少快速入門及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)類的資料，所以，盡管資料豐富，但還是有很多人不知道怎樣利用。當(dāng)然這篇文檔只是入門介紹，深入研究還要看其他專著。

　　從電網(wǎng)得到的交流電或由電池取得的直流電是隨環(huán)境溫度、時(shí)間和負(fù)載所變化的，它們不能直接成為電子設(shè)所需的內(nèi)部電源。電子設(shè)由于要完成許多高級(jí)的功能，對(duì)其供電電源的精度隨環(huán)境的變化，動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，還有很多其他的指標(biāo)都有非常高的要求。將電網(wǎng)或電池的一次電能轉(zhuǎn)換為符合電子設(shè)要求的二次電能，這樣的變換設(shè)就是我們這里要講的電源。

　　隨著片狀電子元件、表面安裝技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，電子產(chǎn)品越來越小型化、輕型化，如何縮小電源的體積減輕重量，提高電源的轉(zhuǎn)換效率，增強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)電壓的適應(yīng)性，是人們致力于研究的重點(diǎn)。

　　一個(gè)比較好的解決方案是：以輕巧的高頻變壓器取代笨重的工頻變壓器，采用脈沖調(diào)制技術(shù)的直流--直流變換器型穩(wěn)壓電源，即我們馬上就要講到的開關(guān)電源。

　　開關(guān)電源具有管耗小、效率高、穩(wěn)壓范圍寬及體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，目前已在各種電子儀器和設(shè)、航空和宇宙飛行器、發(fā)射機(jī)、電子計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)和電視機(jī)、錄放像機(jī)等中得到了廣泛應(yīng)用。

　　有些技術(shù)很成熟了，只要查表或者使用現(xiàn)成電路或?qū)Ｓ眯酒�就可以做好。EMI比較困難，因?yàn)樵�件特性�?huì)變化。

　　一個(gè)非常容易找到的開關(guān)電源就是PC機(jī)里用的ATX電源了。拆開電源可以看到里面的構(gòu)造：

　　3、交流互感濾波(對(duì)高于50HZ高次諧波濾波，避免對(duì)后面電路的高頻干擾)

　　9、開關(guān)激勵(lì)脈沖形成電路(集成電路TL494和LM339比較器，高低溫試驗(yàn)箱開關(guān)振蕩穩(wěn)壓控制，控制開關(guān)管)

　　POW_OK信號(hào)(在AT電源中及部分電源板上稱P.G信號(hào))為微機(jī)開機(jī)自檢啟動(dòng)信號(hào)，為了防止開機(jī)時(shí)各路輸出電路時(shí)序不定，CPU或各部件未進(jìn)入初始化狀態(tài)造成工作錯(cuò)誤及突然停電時(shí)，硬盤磁頭來不及移至著陸區(qū)造成盤片劃傷，微機(jī)電源中均設(shè)置了POW_OK信號(hào)。

　　PS_ON#信號(hào)：ATX電源主要的特點(diǎn)就是，它不采用傳統(tǒng)的市電開關(guān)來控制電源是否工作，而是采用“+5VSB、PS_ON#”的組合來實(shí)現(xiàn)電源的開啟和關(guān)閉，只要控制 “PS_ON#”信號(hào)電平的變化，就能控制電源的開啟和關(guān)閉。電源中的S-ON控制電路接受PS_ON#信號(hào)的控制，當(dāng)“PS_ON#”小于1V伏時(shí)開啟電源，大于4.5伏時(shí)關(guān)閉電源。主機(jī)箱面上的觸發(fā)按鈕開關(guān)(非鎖定開關(guān))控制主板的“電源監(jiān)控部件”的輸出狀態(tài)，同時(shí)也可用程序來控制“電源監(jiān)控件”的輸出，如在WIN9X平臺(tái)下，發(fā)出關(guān)機(jī)指令，使“PS_ON#”變?yōu)?5V，ATX電源就自動(dòng)關(guān)閉。

　　+5VSB：待機(jī)電源，上電后一直存在，該輸出連接到ATX主板的“電源監(jiān)控部件”，作為它的工作電壓，使操作系統(tǒng)可以直接對(duì)電源進(jìn)行管理。通過此功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開機(jī)，完成電腦喚醒功能。

　　ATX電源需要短接PS_ON#和COM(即ATX主板電源接口的14腳和15腳短接)才能啟動(dòng)(此時(shí)電源散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng))。

　　開關(guān)電源變壓器是開關(guān)電源中的核心部件，作用有三：磁能轉(zhuǎn)換、電壓變換和絕緣隔離。由于開關(guān)變壓器的工作頻率很高，因此它的體積和重量比工頻變壓器大為縮小，同時(shí)變壓器的分布參數(shù)亦不能忽略。設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮磁芯材料選擇，磁芯與線圈的結(jié)構(gòu)，繞制工藝等。

　　開關(guān)電源變壓器工作于高頻狀態(tài)，分布參數(shù)有漏感、分布電容和電流趨膚效應(yīng)。一般根據(jù)開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)的要求提出漏感和分布電容限定值，在變壓器的線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)，而趨膚效應(yīng)則作為選擇導(dǎo)線規(guī)格的條件之一。

　　開關(guān)電源變壓器的工作狀態(tài)與開關(guān)型功率變換器的電路形式有關(guān)，一般根據(jù)功率大小，使用要求，采用不同形式的功率變換器。不同的電路形式，開關(guān)電源變壓器工作狀態(tài)也不同，對(duì)開關(guān)電源變壓器也提出了不同的設(shè)計(jì)要求。

　　變換器形式有：雙極性(推挽式、全橋式、半橋式)，單端正激式，單端反激式等。

　　開關(guān)電源變壓器中使用的是軟磁材料。比如：鐵氧體材料。鐵氧體材料很容易加工成各種形狀，可根據(jù)開關(guān)變壓器的電路類型、使用要求、功率等級(jí)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等選用合適的磁芯形狀。磁芯型號(hào)主要有：EE、EI、EC、ETD、G、GK、H、HQ、UY、UF、PM、RM。每種型號(hào)又有很多尺寸規(guī)格可以選擇。

　　開關(guān)電源變壓器參數(shù)計(jì)算：漏感計(jì)算、分布電容計(jì)算、穿透深度(導(dǎo)線選擇)、交流電阻計(jì)算、電流有效值。

　　當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)完成一個(gè)開關(guān)電源以后，只是大致實(shí)現(xiàn)了其功能和指標(biāo)，還需要進(jìn)行各種優(yōu)化。

　　在選定功率級(jí)拓?fù)浜�，可利用前面的知識(shí)和穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)選擇對(duì)功率參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使得：

　　在這些優(yōu)化中，重要的是功率變壓器的優(yōu)化，其變比，其繞法都會(huì)直接影響其他功率元器件的選擇和整個(gè)功率級(jí)的效率及功率密度。合理地選擇功率開關(guān)器件和它們的驅(qū)動(dòng)電路及吸收電路，對(duì)功率級(jí)的性能也很重要。

　　在選定功率級(jí)拓?fù)浜涂刂撇呗院螅�可利用前面的知識(shí)在功率級(jí)參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，對(duì)環(huán)路參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使得：

　　在環(huán)路優(yōu)化中，重要的是補(bǔ)償器參數(shù)，調(diào)制器參數(shù)(如外部斜波補(bǔ)償含量)和光耦電路參數(shù)的優(yōu)化。其中，電源整機(jī)的PCB Layout對(duì)環(huán)路的影響非常大，只有在好的PCB Layout下面，通過環(huán)路各部分參數(shù)的優(yōu)化，才能使電源環(huán)增益的帶寬盡可能大，從而實(shí)現(xiàn)更好的動(dòng)態(tài)性能和更高的功率密度。

　　采用變壓器繞組或電感繞組的輔助電源，其輸出電壓的質(zhì)量一般不太好，通過對(duì)輔助電源的優(yōu)化，要保證自供電后的電源整機(jī)性能變化小，可靠性沒有問題。

　　設(shè)計(jì)開關(guān)電源是個(gè)充滿矛盾的過程，魚和熊掌不可得兼，需要平衡折中各種指標(biāo)，這個(gè)火候的掌握和拿捏需要大量經(jīng)驗(yàn)。前面談了優(yōu)化，現(xiàn)在談?wù)壑�，有時(shí)反而需要減少優(yōu)化程度，線、穩(wěn)態(tài)性能與動(dòng)態(tài)性能的折中

　　很多功率級(jí)拓?fù)�，其穩(wěn)態(tài)性能與動(dòng)態(tài)性能通常難以兼顧，穩(wěn)態(tài)性能好，動(dòng)態(tài)性能就差，動(dòng)態(tài)性能好，穩(wěn)態(tài)性能就差。這種例子非常多，所以選擇拓?fù)鋾r(shí)，一定要根據(jù)要求和應(yīng)用場(chǎng)合來合理選擇。

　　即使同一個(gè)拓?fù)�，其功率�?jí)參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，也要考慮穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能的折中。如：輸出濾波器電感的設(shè)計(jì)，對(duì)效率而言，希望其越大越好，但對(duì)動(dòng)態(tài)性能而言，則希望其小一點(diǎn)好，所以設(shè)計(jì)時(shí)需要折中。

　　很多有更高功率密度的拓?fù)�，其�?shí)現(xiàn)時(shí)會(huì)比較復(fù)雜，而且往往拓?fù)浔旧磉�有可靠性較低的隱患，所以，選擇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)也要根據(jù)可靠性和性能來進(jìn)行具體折中。如一些實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的拓?fù)�，一般可�?shí)現(xiàn)更高的開關(guān)頻率，具有更高的功率密度，但他們?cè)趯?shí)現(xiàn)的產(chǎn)品中，可靠性往往較低。

　　在一個(gè)電源中，有很多性能需要滿足，利用不同的控制策略，不同的補(bǔ)償電路會(huì)得到不同的動(dòng)態(tài)性能。有些控制策略或參數(shù)對(duì)輸入端的擾動(dòng)具有較強(qiáng)的抑制能力，有些則對(duì)負(fù)載端的擾動(dòng)具有較強(qiáng)的抑制能力，有的參數(shù)對(duì)小信號(hào)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性很好，但在大信號(hào)下，其可能不穩(wěn)定，有的參數(shù)能滿足大信號(hào)的要求，但小信號(hào)下其會(huì)變差，高低溫試驗(yàn)箱因此，要對(duì)大小信號(hào)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)進(jìn)行折中。

　　在一個(gè)電源中，因各種參數(shù)都是與其工作時(shí)的溫度有關(guān)，所以必須找出一組參數(shù)能在全部環(huán)境溫度范圍內(nèi)滿足所有性能指標(biāo)，這需要做很多折中。

　　在一個(gè)電源中，電性能(如電應(yīng)力和EMI性能)與熱性能之間的要求是矛盾的。為了獲得好的EMI和低的電應(yīng)力，希望功率元器件的回路盡量小，但這會(huì)使得各元器件之間的熱影響更厲害，各元器件的損耗會(huì)更大。將各功率元器件之間的回路加大，可減小這種熱影響，改善熱設(shè)計(jì)，但因寄生參數(shù)的增加，會(huì)使器件的電應(yīng)力增加，效率變低，EMI性能變壞，所以，電源中熱與電兩個(gè)設(shè)計(jì)是非常需要折中的。

　　在開關(guān)電源中，有一些關(guān)鍵部件，在設(shè)計(jì)時(shí)需要折中。如：功率變壓器的設(shè)計(jì)，對(duì)穩(wěn)態(tài)效率性能而言，在變比等已經(jīng)化后，希望其漏感小，但在實(shí)現(xiàn)漏感小的同時(shí)，往往會(huì)增加繞組之間的分布電容，這通常會(huì)增加共模EMI干擾和降低安全性。

　　另外，如驅(qū)動(dòng)能力的折中。為了減小功率開關(guān)器件(MOSFET)的開關(guān)損耗，希望其開關(guān)過程盡量短，這可通過減小門級(jí)驅(qū)動(dòng)電阻來實(shí)現(xiàn)，但在開關(guān)速度提高的同時(shí)，往往會(huì)增加電源的共模EMI，使得EMI特性變差。

　　做好一個(gè)開關(guān)電源，還有很多其他折中要做，總之，因?yàn)殚_關(guān)電源是一個(gè)在一定邊界(由輸入電壓、負(fù)載電流和環(huán)境溫度組成的長(zhǎng)方體)之內(nèi)，滿足規(guī)格書要求的功率電子產(chǎn)品，既有功率處理和信息處理，又有熱處理，所以，為了做好這樣的產(chǎn)品，必須要做很多很多的折中。這要求開發(fā)人員了解如何在折中的基礎(chǔ)上優(yōu)化，在優(yōu)化的基礎(chǔ)上折中，使開發(fā)的電源產(chǎn)品達(dá)到的性價(jià)比。

　　目前，國(guó)內(nèi)多數(shù)電源在產(chǎn)品開發(fā)中存在怪圈現(xiàn)象：業(yè)務(wù)接了一個(gè)單子，時(shí)間只有一個(gè)月，設(shè)計(jì)人員趕緊開始，草草設(shè)計(jì)一周后搞定PCB，然后安裝調(diào)試，裝完就通電，嘿，輸出有了，一測(cè)試指標(biāo)，一堆不達(dá)標(biāo)，腦子亂亂的，改進(jìn)再調(diào)，解決了一個(gè)問題又冒出一個(gè)，每天加班加點(diǎn)，時(shí)間過得真快，一個(gè)月時(shí)限馬上到了，工作沒完成，請(qǐng)求延期，半年后勉強(qiáng)完成了，累得筋疲力盡，不得喘息，立馬又進(jìn)入下一個(gè)項(xiàng)目循環(huán)。

　　由于開發(fā)管理不規(guī)范，沒有任何技術(shù)積累;員工由于開發(fā)工作不專業(yè)，在開發(fā)過程中無(wú)任何提高。

　　從工程師個(gè)人角度來說，養(yǎng)成制定個(gè)人工作計(jì)劃，按規(guī)范做設(shè)計(jì)、調(diào)試、總結(jié)的習(xí)慣，是成為資深電源開發(fā)人員所必須具的工程素質(zhì)。

　　開發(fā)人員要能夠養(yǎng)成按規(guī)范開發(fā)操作步驟開發(fā)產(chǎn)品的習(xí)慣，那就不會(huì)出現(xiàn)很多不必要的反復(fù)，就可避免出現(xiàn)前面介紹的那種怪圈，就可以將產(chǎn)品開發(fā)工作做得又好又快，同時(shí)開發(fā)人員還能在很短的時(shí)間內(nèi)提升自己的專業(yè)水平，過不了多久，就可以從一個(gè)新手上升為資深電源工程師。詳細(xì)的電源開發(fā)操作規(guī)范留到課上再說。

　　在按規(guī)范進(jìn)行開發(fā)時(shí)，每做一個(gè)實(shí)驗(yàn)后，都要做一份實(shí)驗(yàn)總結(jié)，產(chǎn)品開發(fā)完成后，還要將整個(gè)開發(fā)工作進(jìn)行總結(jié)。作為開發(fā)人員，總結(jié)是保證自己技術(shù)水平迅速提高的重要的手段，所以，你想早點(diǎn)成為資深工程師，你就一定要認(rèn)認(rèn)真真地做好每一份總結(jié)。
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