1、1日图科技新一代电源系统分析与测试方案深圳市日图科技有限公司邓义鸣2日图科技开关电源 (SMPS)技术的发展趋势 效率越来越高 ,功率密度越来越高 瞬时负荷 低电压，高电流 宽带供电技术 符合 EN61000-3-4 A14 标准3日图科技开关电源设计中的挑战 提升开关电源效率 降低开关损耗 最大限度地降低磁性器件的功率损耗 需要更快的控制环路响应 提高开关电源系统可靠性 海量数据分析 符合宽带技术标准 需要简便易用、可靠的工具，定位问题4日图科技测试工具如何帮助您提升开关电源系统效率5日图科技电源转换器ACDC： Rectification 整流器DCDC： Conversion 变换器DC
2、AC： Inversion 逆变器ACAC： cycloconverter 周波变换器电源转换器输入 输出6日图科技电力电子行业 开关电源 照明 电力拖动（变频器） 电焊 能源 伺服系统 电力电子器件7日图科技电源的分类和作用 根据电源的输入和输出类型分类： AC-DC, DC-DC, DC-AC 电源的作用，例如 AC-DC电源： 整流：将输入交流信号转换为直流信号 电压转换：输出要求的电压幅度 滤波：将输入整流的电压进行平滑 调整：控制输出电压使得幅度恒定 隔离：将输入与输出部分进行电气隔离 保护：防止浪涌等有害电压到达输出部分，造成设备损坏 理想的电源： 提供稳定，平滑的输出电压，无论输
3、入，负载或者环境温度如何变化，并且有100的能量转换效率8日图科技电源的外部性能指标 功率，电流，电压 保护功能 安全性能 Class I, 通过基本的绝缘或者保护地实现电气安全 Class II，通过增强的加倍的绝缘实现电气安全 Class III，通过 SELV电路提供保护，不会产生有害的电压 电磁兼容标准9日图科技电源的外部指标 输入电压影响输出电压的几个指标形式 绝对稳压系数 S= Uo/Uo / Ui/Ui 电网调整率： 输入电网电压由额定值变化 +-10%时，稳压电源输出电压的相对变化量，有时也以绝对值表示 电压稳定度：负载电流保持为额定范围内的任何值，输入电压在规定的范围内变化所
4、引起的输出电压相对变化 Uo/Uo（百分值），称为稳压器的电压稳定度 负载对输出电压影响的几种指标形式 负载调整率（也称电流调整率） 在额定电网电压下，负载电流从零变化到最大时，输出电压的最大相对变化量，常用百分数表示，有时也用绝对变化量表示 输出电阻（也称等效内阻或内阻） 在额定电网电压下，由于负载电流变化 IL引起输出电压变化 Uo，则输出电阻为Ro=| Uo/ IL| 欧10日图科技电源的外部指标 纹波电压 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 纹波系数 Y（ %）。在额定负载电流下，输出纹波电压的有效值 Urms与输出直流电压
5、Uo之比，即 y=Urms/Uo x100% 噪声不同于纹波。纹波是出现在输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的成分，用峰 -峰（ peak to peak）值表示，一般在输出电压的 0.5%以下；噪声是出现在输出端子间的纹波以外的一种高频成分，也用峰 -峰（ peak to peak）值表示，一般在输出电压的 1%左右。纹波噪声是二者的合成，用峰 -峰（ peak to peak）值表示，一般在输出电压的 2%以下11日图科技电源的外部指标 冲击电流 冲击电流是指输入电压按规定时间间隔接通或断开时，输入电流达到稳定状态前所通过的最大瞬间电流 过流保护 是一种电源负载保护功能，以避免发生包
6、括输出端子上的短路在内的过负载输出电流对电源和负载的损坏。过流的给定值一般是额定电流的 110%130% 过压保护 是一种对端子间过大电压进行负载保护的功能。一般规定为输出电压的 130%150% 输出欠压保护 当输出电压在标准值以下时，检测输出电压下降或为保护负载及防止误操作而停止电源并发出报警信号，多为输出电压的 80%30%左右 过热保护 在电源内部发生异常或因使用不当而使电源温升超标时停止电源的工作并发出报警信号。12日图科技电源的外部指标 温度漂移和温度系数 温度漂移：环境温度的变化影响元器件的参数的变化，从而引起稳压器输出电压变化。常用温度系数表示温度漂移的大小 绝对温度系数：温度
7、变化 1摄氏度引起输出电压值的变化 UoT，单位是V/或毫伏每摄氏度 相对温度系数：温度变化 1摄氏度引起输出电压相对变化 UoT/Uo，单位是 V/ 漂移 稳压器在输入电压、负载电流和环境温度保持一定的情况下，元件参数的稳定性也会造成输出电压的变化，慢变化叫漂移，快变化叫噪声，介于两者之间叫起伏 表示漂移的方法有两种：1 在指定的时间内输出电压值的变化 Uot。2 在指定时间内输出电压的相对变化 Uot/Uo 考察漂移的时间可以定为 1分钟、 10分钟、 1小时、 8小时或更长。只在精度较高的稳压器中，才有温度系数和温漂两项指标。13日图科技电源的外部指标 响应时间 是指负载电流突然变化时，
8、稳压器的输出电压从开始变化到达新的稳定值的一段调整时间 在直流稳压器中，则是用在矩形波负载电流时的输出电压波形来表示这个特性，称为过度特性 失真：这是交流稳压器特有的。是指输出波形不是正 波形，产生波形畸变，称为畸变 噪声：按 30HZ18kHZ的可听频率规定，这对开关电源的转换频率不成问题，但对带风扇的电源要根据需要加以规定 输入噪声：为使开关电源工作保持正常状态，要根据额定输入条件，按由允许输入外并叠加于工业用频率的脉冲状电压（ 0peak）制定输入噪声指标。一般外加脉冲宽度为 100800us，外加电压1000V 浪涌：这是在输入电压，以 1分钟以上的间隔按规定次数加一种浪涌电压，以避免
9、发生绝缘破坏、闪络、电弧等异常现象。通信设备等规定的数值为数千伏，一般为 1200V 静电噪声：指在额定输入条件下，外加到电源框体的任意部分时，全输出电路能保持正常工作状态的一种重复脉冲状的静电。一般保证510KV以内14日图科技电源的外部指标 电气安全要求 环境特性要求 低 温高 温 恒 定湿热 交 变湿热 冲 撞（冲击和碰撞）振 动恒 加 速贮 存长 霉 腐 蚀大气（例如盐雾）砂 尘 空 气压力（高压或低压） 温 度变化可 燃 性密 封水 辐 射（太阳或核）锡 焊 接 端强度 噪 声：微达 65DB15日图科技电源的外部指标 电磁兼容性试验（ electromagnetic compati
10、blity EMC）电磁兼容性是指设备或系统在共同的电磁环境中能正常工作且不对该环境中 任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力 传导：是以波长长的频带向电源线传播 ,给发射区以干扰的途径 ,一般在 30MHZ以下 .这种波长长的频率在附属于电子设备的电源线的长度范围内还不满 1个波长，其辐射到空间的量也很少，由此可掌握发生于电源线上的电压，进而可充分评估干扰的大小，这种噪声叫做传导噪声 当频率达到 30MHZ以上，波长也会随之变短。这时如果只对发生于电源线的噪声源电压进行评价，就与实际干扰不符。因此，采用了通过直接测定传播到空间的干扰波评价噪声大小的方法，该噪声就叫做辐射噪声。测定辐射噪声的方法
11、有上述按电场强度对传播空间的干扰波进行直接测定的方法和测定泄露到电源线上的功率的方法16日图科技电源的外部指标 电磁兼容性试验的内容： 磁场敏感度：（抗扰性）设备、分系统或系统暴露在电磁辐射下的不希望有的响应程度。敏感度电平越小，敏感性越高，抗扰性越差。固定频率、峰峰值的磁场 静电放电敏感度：具有不同静电电位的物体相互靠近或直接接触引起的电荷转移。 300PF电容充电到 -15000V，通过 500欧电阻放电。可超差，但放完后要正常。数据传递、储存，不能丢 电源瞬态敏感度：包括尖峰信号敏感度（ 0.5us 10us 2倍）、电压瞬态敏感度（ 10%-30%， 30S恢复）、频率瞬态敏感度（ 5
12、%-10%， 30S恢复）。 辐射敏感度：对造成设备降级的辐射干扰场的度量。（ 14K-1GHZ，电场强度为 1V/M） 传导敏感度：当引起设备不希望有的响应或造成其性能降级时，对在电源、控制或信号线上的干扰信号或电压的度量。（ 30HZ-50KHZ 3V ，50K-400M 1V） 非工作状态磁场干扰：包装箱 4.6m 磁通密度小于 0.525uT,0.9m 0.525Ut。 工作状态磁场干扰：上、下、左、右交流磁通密度小于 0.5mT。 传导干扰：沿着导体传播的干扰。 10KHz-30MHz 60(48)dBuV。 辐射干扰：通过空间以电磁波形式传播的电磁干扰。 10KHz-1000MHz
13、 30 屏蔽室 60(54)uV/m17日图科技线性电源18日图科技开关电源及其测量问题开关损耗导通电阻SOA脉宽调制40KHzCLOCKLNGDSG铁心损耗B-H 曲线分析有功功率视在功率功率 因数电流谐波总谐波失真 (THD)19日图科技输入电路部分40KHzCLOCKLNGDSG有功功率视在功率功率 因数电流谐波总谐波失真 (THD)20日图科技市电输入整流滤波电路的测量问题 视在功率（ Apparent Power） 有功功率（ True Power） 功率因数（ Power Factor） 波峰因数（ Crest Factor） 总谐波失真（ Total Harmonic Disto
14、rtion） 电磁兼容问题，按照 EN61000-3-2进行一致性测试21日图科技功率定义 - 综述 有多少种功率定义？ IEEE技术词典中列出了十多种不同的功率定义 两种最常用的功率类型 视在功率 平均功率（亦称真值功率、有功功率） 其他的功率 无功功率 谐波功率 瞬时功率22日图科技功率定义 - 视在功率 数学定义：Papp = Urms * IrmsUrms 是电压的有效值， Irms是电流的有效值简单地说，只要分别测量出电压和电流有效值，即可计算出视在功率，单位用 VA表示。23日图科技功率定义 - 平均功率（一） 平均功率是工程师最常用的名称， 也称有功功率或真值功率 数学定义： 对
15、于正弦交流电路Pavg = Urms * Irms *Cos(U,I)Urms 是电压的有效值， Irms是电流的有效值，Cos(U,I)是正弦交流电压与电流的相位角 对于非正弦交流电路Pavg = nUn*InUn 是包含了谐波电压的电压测量值In 是包含了谐波电流的电流测量值与上面定义区别在于：包含了 n的高次谐波，使用了离散的计算方法。可以看出，这是需要大量的反复运 算的，这是为什么工程师喜欢 TDS3000B示波器的数学运算功能的原因。24日图科技功率定义 - 平均功率（二）另一个平均功率的定义是等效直流电阻中的 “热能 ”的定义，这是个更容易理解的概念P=I*I*R 平均功率的重要性
16、： 对于象灯泡，加热器等电阻负载，平均功率的测量和计算是很方便的，但是，这样的计算不适用于非线性负载。 现代的电子技术应用中，开关电源、电子整流器，空调控制系统，感应或脉冲调制马达等等都使用了非线性技术，这样，在设计，故障诊断和分析中都需要进行非线性负载的平均功率测量。25日图科技功率因数 有功功率 Urms * Irms * Cos(U,I)视在功率有功功率功率因数）(pFpF（功率因数）视在功率26日图科技波峰因数（ Crest Factor） 被测波形峰值与该波形的均方根值之比。 纯正弦波的峰值系数是 1.414 ( ) 也称为峰值因数 （ Peak Factor）2峰值均方根值（波峰因
17、数）CF27日图科技PFC有源功率因数校正电路的作用28日图科技电流模式的有源功率因数校正电路（ APFC） 通过控制扼流圈 LE的快速能量存储与释放，使得平均输入电流跟踪输入线路 在输入 90 260V输入电压范围内，输出稳定在 400VDC 功率因数可以达到 0.95 to 0.9929日图科技谐波：谐波定义 -非线性负载 非线性负载 什么是非线性负载：当加入正弦电压产生非正弦电流 非线性负载的类型 电感 -由于饱和的影响 SCR可控硅控制电路 AC/DC电路 非线性负载的影响 热损耗 输入电压波形畸变 高频谐振30日图科技谐波：谐波定义 -谐波的数学计算 对任一信号，可以进行 FFT运算，进行以下分解：A(t)=A0+A1sin(t+1)+A2sin(2t+2)+A3sin(3t+3)+ , 2, 3 ： 谐波频率 A0： 直流分量 A1：基波 A2, A3, ：谐波 所以，谐波分析的本质在于 FFT功能 分析的内容 谐波频谱 各次谐波的含量 谐波失真度
