總結(jié)設(shè)計(jì)、測(cè)評(píng)電源考慮的要素

電源并不是一個(gè)簡(jiǎn)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(jì)、制造及品質(zhì)管理等測(cè)試需要精密的電子儀器設(shè)備來(lái)模擬電源供應(yīng)器實(shí)際工作時(shí)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(jì)或者測(cè)評(píng)電源時(shí)須知考慮以下要素：

一. 描述輸入電壓影響輸出電壓幾個(gè)指標(biāo)形式

1. 穩(wěn)壓系數(shù)

A.穩(wěn)壓系數(shù)：表示負(fù)載不變時(shí)，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(duì)穩(wěn)壓系數(shù)：表示負(fù)載不變時(shí)，穩(wěn)壓器輸出直流電壓△Uo的相對(duì)變化量△Uo與輸出電網(wǎng) Ui 的相對(duì)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(shí)，穩(wěn)壓電源輸出電壓的相對(duì)變化量，有時(shí)也以表示。

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(duì)變化△Uo/Uo百分值)，稱為穩(wěn)壓器的電壓穩(wěn)定度。

二. 負(fù)載對(duì)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)載電流從零變化到時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量，常用百分?jǐn)?shù)表示，有時(shí)也用變化量表示。

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。

三. 紋波電壓的幾個(gè)指標(biāo)形式

1. 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)的的大小，通常以峰峰值或有效值表示。

2. 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%。

3. 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。

四. 沖擊電流

沖擊電流是指輸入電壓按規(guī)定時(shí)間間隔接通或斷開時(shí)，輸入電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)前所通過的瞬間電流。

一般是 20A——30A。

五. 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(duì)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%。

六. 過壓保護(hù)

過壓保護(hù)是一種對(duì)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%。

七. 輸出欠壓保護(hù)

當(dāng)輸出電壓在標(biāo)準(zhǔn)值以下時(shí)，檢測(cè)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(bào)警信號(hào)，

多為輸出電壓的 80%——30%左右。

八. 過熱保護(hù)

在電源內(nèi)部發(fā)生異常或因使用不當(dāng)而使電源溫升超標(biāo)時(shí)停止電源的工作并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

九. 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。

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(duì)溫度系數(shù)：溫度變化 1 攝氏度引起輸出電壓相對(duì)變化△UoT/Uo，單位是 V/℃。

十. 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(huì)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：

在指定的時(shí)間內(nèi)輸出電壓值的變化△Uot。

在指定時(shí)間內(nèi)輸出電壓的相對(duì)變化△Uot/Uo。

考察漂移的時(shí)間可以定為 1 分鐘、10 分鐘、1 小時(shí)、8 小時(shí)或更長(zhǎng)。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)。

十一. 響應(yīng)時(shí)間

響應(yīng)時(shí)間是指負(fù)載電流突然變化時(shí)，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(shí)間。

在直流穩(wěn)壓器中，則是用在矩形波負(fù)載電流時(shí)的輸出電壓波形來(lái)表示這個(gè)特性，稱為過度特。

十二. 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。

十三. 噪聲

按30Hz——18kHZ 的可聽頻率規(guī)定，這對(duì)開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換頻率不成問題，但對(duì)帶風(fēng)扇的電源要根據(jù)需要加以規(guī)定。

十四. 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。

十五. 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。

十六. 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(shí)，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)。

十七. 穩(wěn)定度

允許使用條件下，輸出電壓相對(duì)變化△Uo/Uo。

十八. 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(wú)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(cè)試方法(打高壓：輸入與輸出、輸入和地、輸入 AC 兩級(jí)之間)

3) 漏電流測(cè)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(cè)量是通過將這些部分與大地之間接一個(gè) 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(duì)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(cè)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 的 94V-2 材料或比此更好的材料。

2. 對(duì)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(duì)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(shí)之后，立即進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)。此時(shí)變壓器的本身溫度不應(yīng)該較進(jìn)入潮濕環(huán)境之前測(cè)試高出 4 攝氏度。

5) VDE 關(guān)于變壓器溫度特性的要求

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

十九. 無(wú)線電騷擾(按照 GB 9254-1998 測(cè)試)

1. 電源端子騷擾電壓限值

2. 輻射騷擾限值

二十.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(duì)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(gè)途徑進(jìn)行評(píng)價(jià)。一種是以波長(zhǎng)長(zhǎng)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(zhǎng)長(zhǎng)的頻率在附屬于電子設(shè)備的電源線的長(zhǎng)度范圍內(nèi)還不滿 1 個(gè)波長(zhǎng)，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(píng)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(zhǎng)也會(huì)隨之變短。這時(shí)如果只對(duì)發(fā)生于電源線的噪聲源電壓進(jìn)行評(píng)價(jià)，就與實(shí)際干擾不符。因此，采用了通過直接測(cè)定傳播到空間的干擾波評(píng)價(jià)噪聲大小的 方法，該噪聲就叫做輻射噪聲。測(cè)定輻射噪聲的方法有上述按電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)傳播空間的干擾波進(jìn)行直接測(cè)定的方法和測(cè)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(chǎng)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(chǎng)。

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?？沙?，但放完后要正常。數(shù)據(jù)傳遞、儲(chǔ)存，不能丟。

電源瞬態(tài)敏感度：包括尖峰信號(hào)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(duì)造成設(shè)備降級(jí)的輻射干擾場(chǎng)的度量。(14K-1GHz，電場(chǎng)強(qiáng)度為 1V/M)。

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(jí)時(shí)，對(duì)在電源、控制或信號(hào)線上的干擾信號(hào)或電壓的度量。(30Hz-50KHZ 3V ，50K-400M 1V)。

非工作狀態(tài)磁場(chǎng)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(chǎng)干擾：上、下、左、右交流磁通密度小于 0.5mT。

傳導(dǎo)干擾：沿著導(dǎo)體傳播的干擾。10KHz-30MHz 60(48)dBuV。

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。

二十一.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(duì)它們?cè)趯?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(píng)價(jià)。

包括低溫、 高溫、恒定濕熱、交變濕熱、 沖撞(沖擊和碰撞)、振動(dòng)、恒加速、貯存、長(zhǎng)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(yáng)或核)、 錫焊、接端強(qiáng)度、噪聲(微打65DB)等。

審核編輯：湯梓紅

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