一、紋波與噪聲

 

1、紋波

 

kaiguandianyuandeshuchubingbushizhenzhenghengdingde
，shuchucunzaizhezhouqixingdedoudong，zhexiedoudongkanshangqujiuheshuiwenyiyang，chengweiwenbo。wenbokeyishidianyahuodianliuwenbo。

 

通常用2個參數來描述紋波：

 

1）最大紋波電壓：紋波的峰峰值。

 

2）紋波係數：交流分量的有效值與直流分量之比。

 

 

2、紋波產生的原因

 

開關電源的紋波來自2個地方：

 

1）低頻紋波：來自AC輸入的周期，電源對輸入的抑製比不是完美的，當輸入變化
，輸出也會變化。

 

2）高頻紋波：來自開關切換的周期，開關電源不是線性連續輸出能量，而是將能量組成一個個包來傳輸，因此會存在和開關周期相對應的紋波。

 

如果是線性電源，是沒有開關紋波的，隻有低頻紋波。

 

 

3
、紋波的影響

 

最大紋波會決定輸出的峰值，本來輸出是穩定的某個電壓或電流，由於紋波的影響，使得輸出的峰值比平均值高
，這可能會損壞負載。

 

比如，對LED來說，過高的電流會減少LED的壽命。

 

過大的紋波係數會使得輸出的能量不均衡平滑，從而偏離了直流輸出這個要求。

 

比如，對LED來說，過大的紋波係數會使得LED亮度變化，造成閃爍。

 

如果開關電源用來驅動電池

，LED燈這種負載，低頻紋波的影響更大，如果是驅動IC這種高速型負載
，高頻紋波的影響更大。

 

4、紋波與噪聲

 

紋波是由於AC周期或開關周期引起的輸出抖動，而噪聲是隨機耦合到輸出上的高頻信號，是不一樣的。

 

 

二
、調整率

 

1

、調整率

 

電源在使用時，有兩個明顯變化的外部條件：輸入和負載。好的電源應該在輸入和負載發生變化時，依然能維持恒壓或恒流。

 

將(jiang)輸(shu)入(ru)或(huo)負(fu)載(zai)變(bian)化(hua)時(shi)，輸(shu)出(chu)偏(pian)離(li)額(e)定(ding)輸(shu)出(chu)的(de)程(cheng)度(du)稱(cheng)為(wei)調(tiao)整(zheng)率(lv)，比(bi)如(ru)輸(shu)入(ru)在(zai)最(zui)大(da)最(zui)小(xiao)值(zhi)之(zhi)間(jian)變(bian)化(hua)，測(ce)量(liang)輸(shu)出(chu)的(de)偏(pian)差(cha)比(bi)率(lv)
，為(wei)一(yi)個(ge)百(bai)分(fen)比(bi)，比(bi)如(ru)5%
，就稱為調整率為±5%。

 

注意區分調整率和紋波
，紋波是輸出的動態特征，而調整率是讓電源工作在極限外部條件下，輸出的極限偏差。

 

 

2、調整率類型

 

1）輸入調整率

 

其他條件不變
，調節輸入時
，輸出的偏差，對於AC電源來說，是以AC線的有效電壓作為變化區間

，比如以180~264作為上下限來變化。

 

有時還會調節AC的頻率
，來看輸出是否有偏差，比如從47~63Hz區間。

 

2）負載調整率

 

其他條件不變
，調節負載時，輸出的偏差。

 

3）綜合調整率

 

同時調節輸入和負載，找出最差的偏差。

 

三
、恒流

 

1、LED恒流驅動

 

為什麼照明用LED都是電流驅動
？

 

LED是二極管
，而二極管的PN結的正向導通阻抗是負溫度係數
，隨著溫度的升高，二極管正向導通阻抗降低。

 

如果用恒壓源驅動LED
，隨著LED工作
，溫度開始升高，溫度升高後，正向導通阻抗降低，由於I=U/R，電流升高
，且由於功率P=U*I，功率也增加
，LED發熱更厲害，進一步刺激溫度升高
，陷於惡性循環，直到LED損壞。

 

恒壓源驅動時
，溫度和電路是一對正反饋。

 

所以照明LED都是恒流驅動，如果是非照明，LED幾乎沒有溫升，此時可以用恒壓驅動。

 

2、恒流精度

 

恒流精度和其他的恒壓效果一樣，體現在幾個方麵。

 

1）當負載發生變化時

，電源輸出的電流的恒定程度。

 

在實際應用時，多個不同的LED串不可能阻抗特性完全相同，將這些不同的負載接到電源上後，電流的誤差就定義為恒流精度。

 

不光是多負載，同一個LED，溫度不同時，阻抗特性也不同

，不同溫度下電流也是有誤差的，但這和前麵的條件本質還是一樣，都是負載變化。

 

因此在測試恒流精度時
，需要使用電子負載

，讓負載在合理的範圍內變化，測量電壓的電流誤差。

 

2）當電源內部元件參數變化時，電源輸出的電流的恒定程度。

 

zhebingbushibiaozhundehengliujingdudedingyi，danmuqianhenduodianyuandoushiyouzhegeyaoqiu，qizhongyigezhongyaodezhibiaoshichunengyuanjian，birudiangan
，huobianyaqi，ganzhicunzaiwuchashi
，dianyuanshuchudianliudehengdingdu。

 

考慮到成本因素，儲能元件在加工時偏差是很大的，所以
，電源應當設計成對儲能元件的感值不敏感。

 

3、鋰電池恒流驅動

 

便攜式設備所用的鋰電池
，在不同電量的情況下，電壓是不同的
，以手機所用的鋰電池為例
，電池在滿能量時約4.2V
，低能量時約2.5V。

 

如果使用恒壓源對電池充電，當電池電量較低時，充電電流會極大
，相當於電壓源接到電容上，會損壞電池。

 

損壞的原因是大電流帶來的大發熱。

 

為了限製大電流
，目前的充電器都是使用恒流-恒壓充電，當電池電壓低時
，使用恒流輸出。

 

四


、衝擊與浪湧

 

1、衝擊電流

 

如果負載為一個容性負載，將一個電壓源直接加到負載上時，會產生一個非常大的電流，這個電流就稱為衝擊電流。

 

過大的衝擊電流會使得交流線上的保護電路識別為短路，會導致空氣開關跳閘，熔斷保險絲等問題。

 

對於AC電源來說
，將電源接到AC線上的一瞬間
，AC電源本身就是一個容性負載，假如此時電源的負載處在滿負荷狀態
，且AC線正處在峰值電壓處，會產生最大的衝擊電流。

 

 

2
、浪湧（電壓）

 

閃電，雷擊等會在電網上製造時間非常短的高電壓脈衝或者高能量脈衝。

 

這種過壓通常是由專門的保護器進行保護，比如浪湧放電器。

 

大功率設備斷開或接入電網時，會使得電網電壓上升或跌落。為了保護電源
，有時會使用一個壓敏電阻接在輸入端。

 

壓敏電阻的阻值和其上的電壓有關，當電壓變大時
，阻值降低。

 

為什麼壓敏電阻不能包含雷擊等產生的脈衝，因為這種浪湧有可能是同時出現在L線和N線上的。

 

 

五、效率與待機功耗

 

1、效率和待機功耗

 

這兩個概念很簡單，但有一點需要理清
，就是電源在工作時：

 

 

雖然待機功耗就是電源本身的全部損耗，但是在電源帶負載時，電源本身的功耗要大於待機功耗。

 

電源本身的功耗主要來自於電感/變bian壓ya器qi的de損sun耗hao，開kai關guan管guan的de損sun耗hao
，二er極ji管guan的de損sun耗hao，這zhe些xie損sun耗hao都dou和he切qie換huan頻pin率lv有you關guan，而er目mu前qian的de開kai關guan電dian源yuan
，在zai輸shu出chu功gong率lv很hen低di時shi
，都dou會hui將jiang頻pin率lv降jiang低di以yi節jie能neng，所suo以yi電dian源yuan本ben身shen的de功gong耗hao在zai帶dai負fu載zai工gong作zuo時shi和he待dai機ji時shi是shi完wan全quan不bu同tong的de。

 

但是效率是隨著負載消耗增加而升高的
，這個很好理解，待機時效率為0，而帶負載時，電源本身功耗的增加跟不上負載消耗的增加。

 

六、ESR

 

1
、電容ESR

 

開關電源都需要在輸出加一個電容
，將切換電路投遞過來的斷續能量平滑成穩定的線性輸出，這個電容的重要性不言而喻。

 

一個非理想因素就是所有的電容都有等效串聯電阻(ESR)，這個電阻會導致一係列問題。

 

電容穩壓的原理就是當VO電壓上升時，吸入電流，將能量存儲於電容，當VO電壓下降時
，吐出電流
，釋放能量。這個過程中，電流始終流過ESR。

 

 

2、ESR導致的紋波

 

ESR是輸出高頻電壓紋波的罪魁禍首，當電容儲能和釋能時，電流方向相反，因此輸出在VO=VC+VESR
，和VO=VC+VESR之間切換，ESR越大，紋波電壓越大。

 

 

3、電解電容ESR的危害

 

為了降低成本，通常輸出電容會使用偏移的電解電容
，但是電解電容的ESR是較高的。

 

ESR大小：電解電容>鉭電容>陶瓷電容。

 

對於電解電容來說，高紋波電壓倒在其次
，要命的是ESR會導致電容發熱，電流越大，發熱越厲害，發熱越厲害，電解電容的電解液蒸發得越快
，隨著電解液的蒸發，ESR加大，發熱更高，陷入惡性循環。

 

電解電容本身就壽命不高

，是電源係統中壽命最短的器件
，由於ESR導致的發熱，會加快電解電容報廢，所以開關電源隨著時間的推移，紋波電壓會越來越大。

 

4、解決ESR的問題

 

解決方法是降低ESR阻值或降低流過ESR的電流，降低流過ESR的電流比較麻煩，比較簡單的方法是降低ESR阻值。

 

可以采用低ESR的電解電容替代普通電容，或者用多個電容並聯來替代單個電容。

 

多duo個ge電dian容rong並bing聯lian的de方fang法fa缺que點dian是shi占zhan用yong大da量liang的de空kong間jian

，在zai小xiao體ti積ji電dian源yuan中zhong應ying用yong受shou限xian，所suo以yi有you時shi會hui用yong陶tao瓷ci和he電dian解jie電dian容rong並bing聯lian的de方fang法fa
，甚shen至zhi用yong一yi種zhong多duo層ceng陶tao瓷ci電dian容rong替ti代dai多duo個ge陶tao瓷ci電dian容rong。

 

 

七、動態

 

1
、動態響應

 

通常動態響應特指電源的輸入

，負載階躍變化所導致的輸出被擾動後恢複正常的過程。

 

AC電源的輸入為不間斷交流
，一般不關心輸入的階躍變化，動態響應通常僅限於描述負載在一定範圍內變化時的響應。

 

通常定義空載為0%
，滿載為100%
，然後用負載在某2個百分比之間的切換來定義負載變化。

 

常用的負載變化有0-100、10-90
、20-80
、25-75，取決於應用，對於充電器這類需要熱插拔的應用，最大的變化在0-100。

 

2、動態響應的指標

 

動態響應一般有2個指標
，一個叫過衝幅度
，另一個叫穩定時間。

 

過衝幅度定義為輸出偏離穩定值的幅度，有上衝和下衝。

 

穩定時間是負載開始變化到輸出達到能接受的範圍內的時間。

 

 

3
、動態響應和階躍響應

 

階(jie)躍(yue)響(xiang)應(ying)
，指(zhi)的(de)是(shi)輸(shu)入(ru)階(jie)躍(yue)，輸(shu)出(chu)跟(gen)著(zhe)階(jie)躍(yue)
，也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)輸(shu)出(chu)要(yao)盡(jin)快(kuai)的(de)變(bian)到(dao)目(mu)標(biao)值(zhi)，而(er)動(dong)態(tai)響(xiang)應(ying)指(zhi)的(de)是(shi)負(fu)載(zai)階(jie)躍(yue)
，輸(shu)出(chu)要(yao)盡(jin)快(kuai)的(de)穩(wen)定(ding)下(xia)來(lai)。這(zhe)兩(liang)者(zhe)在(zai)形(xing)式(shi)上(shang)不(bu)同(tong)

，但(dan)本(ben)質(zhi)是(shi)相(xiang)同(tong)的(de)。

 

以(yi)恒(heng)壓(ya)輸(shu)出(chu)為(wei)例(li)，當(dang)負(fu)載(zai)突(tu)變(bian)時(shi)

，為(wei)了(le)維(wei)持(chi)電(dian)壓(ya)恒(heng)定(ding)，需(xu)要(yao)調(tiao)整(zheng)電(dian)流(liu)

，電(dian)流(liu)調(tiao)整(zheng)的(de)過(guo)程(cheng)，通(tong)過(guo)負(fu)載(zai)就(jiu)會(hui)表(biao)現(xian)出(chu)電(dian)壓(ya)的(de)波(bo)動(dong)，所(suo)以(yi)，負(fu)載(zai)的(de)動(dong)態(tai)響(xiang)應(ying)
，其(qi)本(ben)質(zhi)就(jiu)是(shi)負(fu)載(zai)-輸出電流這個傳遞函數的階躍響應。

 

4
、動態響應的係統框圖

 

將Load視為輸入，IOUT和VOUT視為輸出。

 

將Load視為輸入後，REF就是固定值，整個係統的傳遞函數變為Load-IOUT的傳遞函數。

 

對於負載非阻性的應用，比如電池等，也將其模擬為電阻。

 

將一般性電源係統適用於動態響應的係統框圖重畫如下：