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亨 乾 电 子

技术问题解析


南京亨乾电子--小功率AC-DC开关电源模块

选择与使用

产品定位

品类众多的电子产品各自需要不同种类的电源。我们专注于小功率AC-DC模块电源这一单一方向,力求为您提供业界精品。

·相对于开关电源十几厘米的尺寸,我们的模块电源产品尺寸介于3-5厘米之间,更适合产品的小型化、便携化。

·焊装在电路板上的方式,相比开关电源的接线方式,更适合批量生产,更方便现场安装部署,同时因为少了导线连接,更少(受现场电磁干扰等)产生与试验阶段不一致的情形,锡焊相对于螺丝更少产生接触不良的情形。

·相对变压器加稳压的线性电源方案,我们的模块电源更小更轻。在功率达到10W及以上的时候,体积和重量以及发热(效率)方面的差别就大大增加。除少数情况外,在15W及以上功率要求时,变压器方案并不实用

·电源产品具有一定的技术门槛,包括环路稳定、电磁兼容、磁路分析等。相对于您自己研发电源,采用现成产品可以节约大量的时间、人力和资金投入,对于数量并非特别庞大的产品是更经济合理的解决方案

·由于技术门槛的存在,相对于廉价产品,我们的模块电源拥有更好的电磁兼容性,更好的动态响应。同时依靠对磁路、电路的深入理解,以及品质控制的多年经验,我们的模块电源拥有更好的可靠性。

基本外围电路

与所有AC220V电器一样,您需要在AC输入端串联一个保险丝,用以在极端意外情况下避免火灾、触电等事故发生。保险丝的选用比较随意,一般习惯使用1A即可。由于上电瞬间电流很大,不要选择额定电流太小的保险丝。

除保险丝外,其他外围电路均可省略,我们的模块电源产品仍能提供优异的性能指标,以及各种常见意外情况的保护。

建议使用三相插头,将火线和零线分别接220V输入的2个引脚(方向可以调换),将地线接输出的COM。此种接法符合安规要求,可以避免触电事故,同时可以大幅降低电磁噪声。(您的电脑、示波器等均是这种接法,电脑USB的金属壳、示波器的地线夹,均在内部直接与三相插头的地线相连。)

出于防雷击考虑,可以在220V输入端跨接双向TVS或放电管。请注意TVS接在保险丝与电源模块之间为宜,这样它被击穿时可以熔断保险丝而避免短路的风险。考虑到AC220V的峰峰值为311V,再加上电网波动,至少应使用400V的TVS,推荐使用450V为宜。

输出端在电源模块附近加滤波电容并非必须,但是这样对电源模块寿命、降低输出纹波有好处。您可以考虑使用电解电容加10uF陶瓷贴片电容并联


南京亨乾电子--小功率AC-DC开关电源模块

热量与温升,以及人体的错觉

温升

温升是指外壳温度与环境温度的差值,不是单纯外壳温度。对于同一个样本,负载及散热条件不变的情况下,温升基本为恒定值,比如,如果环境温度20℃时测得外壳温度为55℃,则可以合理推测,环境温度30℃时外壳温度将会升至65℃。

温升由二个因素决定:损耗和热阻。

损耗

损耗等于输出功率减输入功率,是电源内部器件上产生的,如电流流过变压器线圈的电阻损耗,变压器的磁损耗等。

热阻

热阻用来描述产品的散热能力,热阻越小,散热越好。热阻的单位是摄氏度每瓦,也就是每一瓦的功率将会产生多少度的温度升高。

因此,降低电源内部器件温度的因素包括:

a)电源本身损耗小,这需要对电路的精巧设计和各方面因素的权衡。同时意味着电源的效率是一个比较重要的指标。

b)电源的散热条件好。例如亨乾电子的所有电源模块采用导热性能更好的硅胶代替环氧树脂灌封,采用六面金属外壳取代塑料外壳。

c)器件冗余、分担电流和热量。亨乾电子的所有电源模块,在电流纹波最大的输出级都采用多电容并联取代单个电容来降低每个元件的温升,最大限度提高产品的寿命和可靠性。

“烫手” -- 人体对温度感觉的特点

人体对物体温度的感觉,除了与物体实际温度有关,还与物体的导热率有很大关系。较大负载下,如果您触摸电源外壳,内部灌封胶以及金属外壳由于良好的导热性,会将内部热量源源不断地传递到您手上,所以,比如50℃左右,人体就感觉很烫了,但是此时内部元件可能只有60℃左右。相对的,如果是塑料外壳以及使用廉价的灌封胶(常见的如环氧树脂),外壳温度同样是50℃的话,摸起来就一点都不烫,因为只有塑料表层的热量传递到您手上,而此时内部元件的温度会远高于前面的60℃。


南京亨乾电子--小功率AC-DC开关电源模块

电磁干扰与电磁兼容(EMI/EMC):

  开关类电源产品工作在开关状态,开关器件导通和关断时不可避免地产生大的电流、电压的突变,并因此产生很高的电磁辐射。因此,开关类电源产品不可避免地比线性电源产生更大的电磁干扰,这一问题也成为设计中的难点之一。

纹波与噪声

纹波与噪声是内部传导和辐射耦合、差模和共模噪声的综合体现,所以您在使用中可能会发现,尤其是高频噪声,很难用外加电解电容的方式滤除。

对于具备一定技术实力的厂家来说,可以将纹波与噪声控制在合理范围内。在这个范围内的电磁干扰,不会影响一般电路的正常工作,包括模拟、射频电路。亨乾电子的客户就有很多将产品用于这些电路中。

而另外一些技术不足的厂家,其产品的噪声达一两百毫伏以上,并且这个噪声的大小随测量方法不同而产生很大变化(如示波器探头是否靠近电源、是否拆掉地线夹靠接测量)。其原因在于内部设计缺陷导致电磁干扰由辐射途径耦合到输出上,因此这类噪声并非靠外加电容电感可以滤除(在电源内部加也不行)。显然,这样的噪声可以在很大范围传递,对应用电路造成严重干扰。

同时不得不说,应用电路的抗干扰设计也存在一定困难,需要研发人员对此有较深入的理解。如果出现干扰方面的问题,可以用一个知名大厂的开关电源临时为应用电路供电,从而确定问题是否由电源产生。

对于要求极低噪声的场合来说,如五位半的万用表,或高于16位的AD,需要考虑使用线性电源供电,以便最大限度消除电源的干扰。

关于线性电源

线性电源通过工频变压器转换电压,然后经过简单电路进行整流(如整流桥)、滤波(电解电容)并稳压(如7805类)。由于没有开关元件,线性电源天然具有比开关电源小得多的电磁噪声。但是工频变压器和稳压环节的散热器使得线性电源的体积大得多,重量也重得多,因此除高精度电路要求外,很少使用。

尤其在功率稍大时,例如大于10W左右,工频变压器本身的固有特性决定了其输出电压随负载变动很厉害,这就要求更进一步增加体积和重量(工频变压器在负载较重时,电压的下降可能导致输出电压不足,解决的途径要么加大变压器容量从而减小电压下降效应,要么提高输出电压依靠稳压电路稳定电压,而后者会导致中低负载时稳压电路损耗更大,从而需要更大的散热器。这样,无论哪种方案都导致体积和重量的进一步增加)

线性电源的稳压电路决定了线性电源在大多数情况下效率低于开关电源。在负载超过数瓦的情况下,线性电源损耗的功率产生很大热量,将大幅提高电源和应用电路的工作温度。为降低这一影响,应考虑避免使用密闭小体积的塑料外壳、避免用树脂对整体灌封等。

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