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1、,1,长虹欣锐介绍,开关电源的基本原理与应用,基础性培训资料,研发中心 赵田才,2011-8-22,目 录,开关电源的基本概念和分类 开关电源设计的要点和平板电视电源的趋势 开关电源的一般拓扑结构 PDP-TV电源的基本原理 平板电视电源的主要测试指标 开关电源系统排版的基本要求 中国强制认证-CCC 电源的EMC设计和对策 电源的安全设计,开关电源的基本概念和分类,1、电源的重要性：电源就如人的心脏，是所有用电设备的动力；2、开关电源的概念：凡是半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变成为另外一种形态的主电路都叫做开关变换器电路，转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节成为开关电源（SMP
2、S：Switching Mode Power Supply）;3、离线式开关变换器（Off-Line Switching Converter）:是AC-DC变换，也常称做开关整流器，它不单指整流的意义，而且整流后又作了DC-DC变换；AC（alternating current），DC（direct current）；4、PWM开关变换器：凡是采用脉宽控制方式控制电子开关的的开关变换器；,开关电源的基本概念和分类,开关电源的分类：1、按照控制方式分为：PWM方式、谐振方式和二者结合方式；2、按照是否采用变压器隔离可以分为:隔离式和非隔离式3、按照拓扑结构可以分为：BUCK、BOOST、RCC（
3、反激）、HB（半桥）、FB（全桥）等；4、按照激励方式可以分为：自激式和他激式；5、按照谐振方式可以分为：电压谐振式和电流谐振式；,开关电源设计的要点和平板电视电源的趋势,确保设计的可靠性：验证余量验证参数 分析和排除故障：高效率、低噪声：成本最优化:满足标准:安全质量,薄型化：LCD电源板上高度已经低于8mm；PDP电源板上高度已经低于17mm；高效率：目前的整个电源系统可以实现83%以上的效率；低待机功耗：专用模块已经实现低于0.1W的水平，一般在0.5W以下；高可靠性：MTBF(平均连续无故障时间)10万小时；低成本：单体电源的单位功率价格小于0.5元；,开关电源的基本拓扑结构,1、BU
4、CK拓扑(降压式变换电路)：,重要公式:Vout=DxVin Vout=Vin-Ldi/dt(开关管打开时),开关电源的基本拓扑结构,2、BOOST拓扑结构(升压式变换电路):,重要公式:Vout=Vin+Ldi/dt,开关电源的基本拓扑结构,1、PF的定义：在交流电路中，电压与电流之间的相位差()的余弦叫做功率因数，用符号cos表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cos=P/S2、PFC技术：为了解决输入电流波形畸变和降低电流谐波含量，开关电源需要使用功率因数校正（PFC）技术。PFC技术使得电流波形跟随电压波形，将电流波形校正成近似的正弦波。,未加PFC电路电网输入电压电
5、流波形,应用：以PFC(Power Factor Correction)技术为例,开关电源的基本拓扑结构,典型的PFC控制模式DCM模式,开关电源的基本拓扑结构,1、一种峰值检测PFC控制框图,开关电源的基本拓扑结构,2、RCC（反激拓扑结构）,开关电源的基本拓扑结构,3、RCC（反激拓扑结构）-电流流向、波形1,开关电源的基本拓扑结构,3、RCC（反激拓扑结构）-电流流向、波形2及全周期波形,开关电源的基本拓扑结构,4、LLC（谐振半桥拓扑结构串联谐振方式）,在负载较重时原边电流看作近似为正弦波,高次谐波可以忽略，只有基波的能量传到整流器负载较轻时，IIN为非正弦波，基波和高次谐波的能量一起
6、传到整流器,1、输入特性：,待机功率：在220Vac输入下,输出功率470mW下，输入功率1W,PDP-TV电源的基本原理-电源基本技术规格,2、输出特性：,注：1、整机最大输入功率：在输入电压100Vac240Vac,总输入功率450W；,PDP-TV电源的基本原理-电源基本技术规格,PDP-TV电源的基本原理-电源图片,PM50H2000模组用开关电源-HSP400-5S01,HSP400-5S01电源原理图,PDP电源的时序要求,1、遥控开关机时序要求：,PDP电源的时序要求,2、交流开关机时序要求：,平板电视电源的测试-开关电源的测量,控制电路,线电压,VDS(Sat),线电流,VON
7、,VGS,浪涌电流,纹波电流,浮地测量,关断特性,纹波电压,VDS X IDS=Power,线电流谐波,功率因素,测量参考地,有功功率,视在功率,平板电视电源的测试-电源电性能测试系统,备注：电源测试时的隔离：在进行电源初级端测试时需要用隔离变压器进行隔离，以免造成危险；,平板电视电源的主要测试指标-输入特性,输入电压范围（Input Voltage Range）：电源系统允许的供电系统（市电）提供的电压变化的范围；工作电压范围（Operation Voltage Range）：电源系统在额定负载下符合客户标准要求下的电压范围；输入频率范围（Input Frequency Range）：供电系
8、统（市电）提供的电源频率的范围，一般在47Hz-63Hz；最大输入电流（Maxium Input Current）：电源系统在最低输入电压和最大负载下的平均输入电流；最大冲击电流（Maxium Impact Current）：一般是指用电器给电一瞬间在其内部产生的最大电流；电源效率（Power Supply Efficiency）：在一定的输出负载下，电源的输出功率与输入功率之比；功率因数（Power Factor）：在交流电路中，电压与电流之间的相位差()的余弦叫做功率因数，用符号cos表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cos=P/S;待机功耗(Stand-by Inpu
9、t Power)：在额定输入要求下整机处于待机时电源的输入功率；,开关电源的主要测试指标-输出特性,最大输出功率(Maximum output power)：各输出部分最大功率的总和；额定输出功率(Output Power Rating)：电源可以在一定的环境温度下，持续的输出的一定的功率，要求输出电压、纹波等指标满足标准，转换效率没有剧烈变化，MTBF数值也满足一定的水准。负载调整率(Load Regulation):当负载从最小变化到最大，其它参数保持恒定时电压的变化率，百分比表示的输出电压的变化。交叉调整率（The definition of cross-regulation）：多路输出
10、电源中由于其中一个负载变化时引起的其他电压的变化率。最大纹波电压(Maximum Ripple Voltage):在额定输出电压和负载电流下，输出电压的纹波（包括噪声）的绝对值的大小，通常以峰峰值或有效值表示。输出电压的保持时间(Holding Time Of Output Voltage)：当输入电压关断后，某一输出电压下降到额定值的90%（或者70%）所经历的时间。开关机时序（Timing Sequence Of Power On-off）：整机开关机过程中电源各输出电压启动或者关断需要遵守的时间要求。,开关电源的主要测试指标-保护特性,欠压保护（Under Voltage Protect
11、ion）:包括输入欠压保护、输出欠压保护，开关电源电路的一个特征，在输入输出端出现不正常的低电压时保护开关电源和负载；过压保护（Over Voltage Protection）:包括输入过压保护、输出过压保护，开关电源电路的一个特征，在输入输出端出现不正常的高电压时保护开关电源和负载；过流保护（Over Current Protection）:当输出电流超过设定电流时候，设备自动断电，以保护设备。过载保护（Over Power Protection）：指电源的负载继续上升，达到某个点了电源就自动断电，以免出现过流损坏电源或者电脑的其他部件。OPP 值通常是额定功率的 1.3 倍左右。短路保护（
12、Short-circuit Protection）：一种极端的过载保护，当电源输出端出现短路时，电源系统自动关闭，保证相关（主要）器件不损坏的一种保护。,开关电源的主要测试指标-安全特性,绝缘阻抗（Insulation Resistance）：某绝缘体阻挡到底是多少，特别是在高压下，容易存在击穿等现象，使得物体阻抗突然变化，DC 500V100M 欧；绝缘耐压（Insulation Voltage）：可连续(例1分钟)加到输入端和输出端，输入端和底板，输出端和底板之间的最大交流或直流电压。一般输入端和输出端之间的绝缘电压可达3000Vac；安全距离(Safe Distance):为了防止人体触
13、及或接近带电体等造成的危险，在其间所需保持的空间距离。漏电流(Sink Current)：开关电源中为了减少干扰，按照国标，必须设有EMI滤波器电路。由于EMI电路的关系，使得在开关电源在接上市电后对地有一个微小的电流，这就是漏电流。电源一次侧和二次侧之间在标准输入电压要求下所流过的电流值；温升测试(Temp-rise Check)：在环境温度保持一定的情况下，对于被测物体的温度进行测试并进行换算的一种测试；,开关电源的主要测试指标-电磁兼容特性,电磁干扰测试（EMI Check)：传导测试：辐射测试：谐波电流：电磁抗干扰测试(EMS Check)：浪涌试验：射频电磁场辐射抗扰度：射频场感应的
14、传导骚扰抗扰度：静电放电试验：。以上试验都属于型式试验。,开关电源的主要测试指标-其他特性,可靠性测试（Reliability Check）：MTBF（Mean time between failures）：在开关电源保持其电气特性和合理的平均故障间隔时间的时间。用小时表示的开关电源的故障率，通常在25和良好接地环境中用MIL-HDBK-217F计算。降额设计：为了提升电子设备的可靠性而常用，主要是指构成电子设备的元器件使用中所承受的应力（电应力和温度应力）低于元器件本身的额定值，以达到延缓其参数退化，增加工作寿命，提高使用可靠性的目的。温升测试（Temp.Rise Check）：针对电源系统
15、中关键器件或者组件的温度测试，主要是考量电源产品的安全性和可靠性。高低温冲击测试(High-low Temperature Impact Check)：模拟温度瞬变下进行的例行试验，保证器件不出现性能下降或者开裂等现象。当然不同的系统要求有很大的差别。工作环境(Operation Ambient)：周围温度（Ambient Temperature）:目标温度和SMPS周围静止空气的温度，在距离电源最小为100mm处测得。根据MIL-STD-810E:除了必要的支撑点，测试单元应完全出于空气的包围中。周围空气的温度梯度应为测量温度的2之内且不超过1每米。风道测试（Air Passage Chec
16、k）:根据电源系统所处环境的空气对流情况进行的模拟测试，一般采用烟道法、蒸气法等，最终确定风道设计是否合理。,开关电源PCB排版的基本要求基础知识,1、何为PCB：（Printed Circuit Board）印刷电路板：简单的说就是置有集成电路和其他电子组件的薄板。2、分类：1）根据电路层数分类：分为单面板、双面板和多层板。常见的多层板一般为4层板或6层板，复杂的多层板可达十几层。2）根据软硬进行分类：分为普通电路板和柔性电路板。3、PCB的原材料：覆铜箔层压板是制作印制电路板的基板材料。它用作支撑各种元器件，并能实现它们之间的电气连接或电绝缘。4、PCB的颜色和作用：通常PCB的颜色都是绿
17、色、棕色、红色或者黑色，这是阻焊漆（solder mask）的颜色。是绝缘的防护层，可以保护铜线，也可以防止零件被焊到不正确的地方。在阻焊层上还会印刷上一层丝网印刷面（silk screen）。通常在这上面会印上文字与符号（大多是白色的），以标示出各零件在板子上的位置。5、器件的固定：为了将零件固定在PCB上面，我们将它们的接脚直接焊在布线上在最基本的PCB（单面板）上，零件都集中在其中一面，导线则都集中在另一面这么一来我们就需要在板子上打洞，这样接脚才能穿过板子到另一面，所以零件的接脚是焊在另一面上的，PCB的正反面分别被称为零件面（Component Side）与焊接面（Solder Si
18、de）。,开关电源PCB排版的基本要求布线和安装要求,电源电路的误动作，噪声，损耗等与电路板的排版和安装条件有关，所以必须注意电路板的排版和元器件的安装。一般原则：1、将流过高频电流的线路配粗线，元器件间用短线，以降低配线的阻抗。2、如图所示，在对高频电流的回路部分的配线，要尽可能使回路的环内面积小。3、电路中的地线，公共线是辐射噪声源之一，尽可能使用粗，短的布线。4、开关电源中存在高频，高压的回路，在考虑安全规格的同时，注意元件排版和安装间的距离。电流从哪里来，最快的让它到哪里去！,中国强制认证-CCC,国家质量总局（AQSIQ）+国家认证监委会（CNCA）CCC中国强制认证 CCC=Chi
19、na Compulsory CertificationCCC 共有9家认证机构，其中涉及EMC认证只有2家：1：中国质量认证中心（CQC）Safety,Safety&EMC2：中国电磁兼容认证中心（CEMC）EMC,Safety&EMC3C标志：,中国强制认证-CCC,针对电视产品国家安全和EMC主要标准：1)GB4943信息技术设备（包括电气事务设备）的安全2)GB13837声音和电视广播接收机及有关设备无线电骚扰特性限值及测量方法3)GB17625.1 低压电气及电子设备发出的谐波电流限值（设备的每相输入电流16A）4）GB8898音频、视频及类似电子设备 安全要求,电源的EMC设计和对策
20、,EMC：（Electromagnetic Compatibility）电磁兼容性设计EMI产生的原因：就是电源在工作过程中产生的高di/dt和高dv/dt，它们产生的浪涌电流和尖峰电压形成了干扰源；EMC包含了以下三个方面的含义：1、EMI电磁干扰：即处在一定环境中设备或系统，在正常运行时，不应产生超过相应标准所要求的电磁能量；2、EMS电磁敏感度：即处在一定环境中设备或系统，在正常运行时，设备或系统能承受相应标准规定范围内的电磁能量干扰，或者说设备或系统对于一定范围内的电磁能量不敏感，能按照设计性能保持正常的运行；3、电磁环境：即系统或设备的工作环境。,电源的EMC设计和对策,电磁干扰：E
21、MI（缩写词）由电磁骚扰引起的装置、设备或系统性能的降低。EMI的定义是“由引起的性能降低”。这就意味着任何一个EMI问题就它的基本形式而言由三个部分组成（如图所示）,即电磁干扰的三个条件：1）发射器，即发射电磁骚扰的源，也叫做干扰源；2）感受器，即表现出性能降低的敏感的装置、设备或系统，也叫做敏感源；3）耦合路径：能够将干扰源产生的干扰能量传递到敏感源的路径。,因此，EMI问题有两个关键的方面：发射和敏感性。,电源的EMC设计和对策,开关电源噪声类型图,电源的EMC设计和对策,共模干扰（Common-mode Interference）定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差；差模干
22、扰（Differential-mode Interference）定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差。如图（a）所示，开关管V1由导通变为截止状态时，其集电极电压突升为高电压，这个电压会引起共模电流Icm2向CP2充电和共模电流Icm1向CP1充电，分布电容的充电频率即开关电源的工作频率。则线路中共模电流总大小为（Icm1Icm2）。如图（b）所示，当V1导通时，差模电流Idm和信号电流IL沿着导线、变压器初级、开关管组成的回路流通。由等效模型可知，共模干扰电流不通过地线，而通过输入电源线传输。而差模干扰电流通过地线和输入电源线回路传输。,电源的EMC设计和对策,共模干扰和差模干扰产
23、生图示,电源的EMC设计和对策,输入滤波电路：,电源的EMC设计和对策,传导测试,电源的EMC设计和对策,辐射测试,电源的安全设计-器件及安规要求,1、安规器件：与交流部分连接的器件和跨接在电源初次级之间的器件，与电源关键器件需要加以区分；安规器件举例：与交流部分连接的器件：电源线、X电容、线路滤波器、压敏电阻、热敏电阻、线路滤波器、保险丝等；跨接在电源初次级之间的器件：Y电容、变压器、光电耦合器、继电器、气体放电管等；基板：印制板2、安规标准：（针对彩电产品）中国：GB8898（背投、CRT彩电）/GB4943（PDP等）美国-UL6500 欧洲：EN60950 澳洲 AS3260 日本 J
24、60950 韩国 K60950,谢谢！,1、最孤独的时光，会塑造最坚强的自己。2、把脸一直向着阳光，这样就不会见到阴影。3、永远不要埋怨你已经发生的事情，要么就改变它，要么就安静的接受它。4、不论你在什么时候开始，重要的是开始之后就不要停止。5、通往光明的道路是平坦的，为了成功，为了奋斗的渴望，我们不得不努力。6、付出了不一定有回报，但不付出永远没有回报。7、成功就是你被击落到失望的深渊之后反弹得有多高。8、为了照亮夜空，星星才站在天空的高处。9、我们的人生必须励志，不励志就仿佛没有灵魂。10、拼尽全力，逼自己优秀一把，青春已所剩不多。11、一个人如果不能从内心去原谅别人，那他就永远不会心安理
25、得。12、每个人心里都有一段伤痕，时间才是最好的疗剂。13、如果我不坚强，那就等着别人来嘲笑。14、早晨给自己一个微笑，种下一天旳阳光。15、没有爱不会死，不过有了爱会活过来。16、失败的定义：什么都要做，什么都在做，却从未做完过，也未做好过。17、当我微笑着说我很好的时候，你应该对我说，安好就好。18、人不仅要做好事，更要以准确的方式做好事。19、我们并不需要用太华丽的语言来包裹自己，因为我们要做最真实的自己。20、一个人除非自己有信心，否则无法带给别人信心。21、为别人鼓掌的人也是在给自己的生命加油。22、失去金钱的人损失甚少，失去健康的人损失极多，失去勇气的人损失一切。23、相信就是强大
26、，怀疑只会抑制能力，而信仰就是力量。24、那些尝试去做某事却失败的人，比那些什么也不尝试做却成功的人不知要好上多少。25、自己打败自己是最可悲的失败，自己战胜自己是最可贵的胜利。26、没有热忱，世间便无进步。27、失败并不意味你浪费了时间和生命，失败表明你有理由重新开始。28、青春如此华美，却在烟火在散场。29、生命的道路上永远没有捷径可言，只有脚踏实地走下去。30、只要还有明天，今天就永远是起跑线。31、认真可以把事情做对，而用心却可以做到完美。32、如果上帝没有帮助你那他一定相信你可以。33、只要有信心，人永远不会挫败。34、珍惜今天的美好就是为了让明天的回忆更美好。35、只要你在路上，就
27、不要放弃前进的勇气，走走停停的生活会一直继续。36、大起大落谁都有拍拍灰尘继续走。37、孤独并不可怕，每个人都是孤独的，可怕的是害怕孤独。38、宁可失败在你喜欢的事情上，也不要成功在你所憎恶的事情上。39、我很平凡，但骨子里的我却很勇敢。40、眼中闪烁的泪光，也将化作永不妥协的坚强。41、我不去想是否能够成功，既然选了远方，便只顾风雨兼程。42、宁可自己去原谅别人，莫等别人来原谅自己。43、踩着垃圾到达的高度和踩着金子到达的高度是一样的。44、每天告诉自己一次：我真的很不错。45、人生最大的挑战没过于战胜自己！46、愚痴的人，一直想要别人了解他。有智慧的人，却努力的了解自己。47、现实的压力压
28、的我们喘不过气也压的我们走向成功。48、心若有阳光，你便会看见这个世界有那么多美好值得期待和向往。49、相信自己，你能作茧自缚，就能破茧成蝶。50、不能强迫别人来爱自己，只能努力让自己成为值得爱的人。51、不要拿过去的记忆，来折磨现在的自己。52、汗水是成功的润滑剂。53、人必须有自信，这是成功的秘密。54、成功的秘密在于始终如一地忠于目标。55、只有一条路不能选择那就是放弃。56、最后的措手不及是因为当初游刃有余的自己57、现实很近又很冷，梦想很远却很温暖。58、没有人能替你承受痛苦，也没有人能抢走你的坚强。59、不要拿我跟任何人比，我不是谁的影子，更不是谁的替代品，我不知道年少轻狂，我只懂
29、得胜者为。60、如果你看到面前的阴影，别怕，那是因为你的背后有阳光。61、宁可笑着流泪，绝不哭着后悔。62、觉得自己做得到和做不到，只在一念之间。63、跌倒，撞墙，一败涂地，都不用害怕，年轻叫你勇敢。64、做最好的今天，回顾最好的昨天，迎接最美好的明天。65、每件事情都必须有一个期限，否则，大多数人都会有多少时间就花掉多少时间。66、当你被压力压得透不过气来的时候，记住，碳正是因为压力而变成闪耀的钻石。67、现实会告诉你，不努力就会被生活给踩死。无需找什么借口，一无所有，就是拼的理由。68、人生道路，绝大多数人，绝大多数时候，人都只能靠自己。69、不是某人使你烦恼，而是你拿某人的言行来烦恼自己
30、。70、当一个人真正觉悟的一刻，他放弃追寻外在世界的财富，而开始追寻他內心世界的真正财富。71、失败并不意味你浪费了时间和生命，失败表明你有理由重新开始。72、人生应该树立目标，否则你的精力会白白浪费。73、山涧的泉水经过一路曲折，才唱出一支美妙的歌。74、时间告诉我，无理取闹的年龄过了，该懂事了。75、命运是不存在的，它不过是失败者拿来逃避现实的借口。76、人总是在失去了才知道珍惜！77、要铭记在心：每天都是一年中最美好的日子。78、生活远没有咖啡那么苦涩，关键是喝它的人怎么品味！每个人都喜欢和向往随心所欲的生活，殊不知随心所欲根本不是生活。79、别拿自己的无知说成是别人的愚昧！80、天空的
31、高度是鸟儿飞出来的，水无论有多深是鱼儿游出来的。81、思想如钻子，必须集中在一点钻下去才有力量。82、如果我坚持什么，就是用大炮也不能打倒我。83、我们要以今天为坐标，畅想未来几年后的自己。84、日出时，努力使每一天都开心而有意义，不为别人，为自己。85、有梦就去追，没死就别停。86、今天不为学习买单，未来就为贫穷买单。87、因为一无所有这才是拼下去的理由。88、只要我还有梦，就会看到彩虹!89、你既认准这条路，又何必在意要走多久。90、尽管社会是这样的现实和残酷，但我们还是必须往下走。91、能把在面前行走的机会抓住的人，十有八九都会成功。92、你能够先知先觉地领导产业，后知后觉地苦苦追赶，或不知不觉地被淘汰。93、强烈的信仰会赢取坚强的人，然后又使他们更坚强。94、人生，不可能一帆风顺，有得就有失，有爱就有恨，有快乐就会有苦恼，有生就有死，生活就是这样。95、好习惯的养成，在于不受坏习惯的诱惑。96、凡过于把幸运之事归功于自我的聪明和智谋的人多半是结局很不幸的。97、如果我们一直告诫自己要开心过每一天，就是说我们并不开心。98、天气影响身体，身体决定思想，思想左右心情。99、不论你在什么时候结束，重要的是结束之后就不要悔恨。100、只要还有明天，今天就永远是起跑线。,
