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开关电源选型需注意哪些因素

发布时间:2018-03-27

开关电源选型对于工程师来说是每一次设计电源都需要完成的一项步骤,它表面上是一个单项选择题,但其实在最终选定之前,工程师需要考虑很多因素,当然我们第一时间想到的会是成本问题。今天本文中想说明的是在开关电源选型的过程中我们除了成本以外,要想选择最适合的电源模块需要注意的一些内在因素。

针对开关电源模块选型,我们需要注意且考虑很多规则。例如保险丝的标称值1A,它是指25度时候的指标,但如果设备工作在50度的话,保险丝的标称值可就比1A变低,此温度下的设计余量就要选大一点了。同理电感的1mH也不是什么时候都是1mH,它是1kHz的时候,如果您把它用在1MHz的时候,加工商送来的1mH电感的值可就不是1mH,因为1M时电感线圈里的分布电容开始起不小的影响,会抵消掉一部分电感的作用。滤波器的插损IL=25dB,是MHz  Rs/RL=50欧姆(源阻抗和负载阻抗)的时候,而实际上,我们的滤波器使用场合,很难做到阻抗来满足这个要求,因此25dB的插损就会大打折扣。磁珠、电容、二极管、电阻……都具有类似规则。下面我们来说说开关电源模块选型除了成本以外的规则。电源模块的拓扑结构有多种,反激、正激、推挽、半桥、全桥多种,每种因为其原理的不同,也表现为在某些特性指标方面的优越性。

这里我们来说明几种典型拓扑结构的使用规则。首先是反激电源,其在开关的一个周期中,充电的时段没有放电,就是因为这个特性,其时间响应特性、纹波特性就很难做到很好,虽然可以通过大的储能电容协助解决一点,但原理性缺陷终归是硬伤,智力不足是可以通过勤劳来弥补,但补来补去遇到临界难题的时候终归跨不过某个坎儿。漏感也大等等问题,但其优点是电路简单,成本低,体积小,不必加磁复位绕组,而且输入电压范围比较宽。也正因为此,才有了其占总电源市场7成以上的份额。

下面我们来说一下电源市场上其他比较主要的开关电源的拓扑结构。正激电源输出电压瞬态控制特性较好,负载能力较强,但其缺点也同样显著,多用一个大储能滤波电感和一个续流二极管、体积大、变压器初级线圈反电动势电压高,对开关管的要求较高(容易击穿损坏)。推挽式电源电流瞬态响应速度很高,电压输出特性很好,在所有拓扑结构中,是利用率最高的一种开关电源,无漏磁,驱动电路简单。但其缺点是两个开关器件需要很高的耐压值;要有两组初级线圈,对于小功率输出的推挽式开关电源是个缺点。若两个正激式变换器不完全对称或平衡,经过几个周期累积的偏磁,会使磁芯进入饱和,导致高频变压器励磁电流过大,甚至损坏开关管。桥式开关电源输出功率很大,工作效率很高,开关管的耐压值要求比较低,变压器初级线圈只需要一个绕组。缺点是效率低,会出现半导通区,损耗大。

以上各种问题都是因为其拓扑结构的先天优势和先天缺陷造成的,虽然我们可以将电源模块当成黑匣子,但这也是我们在选择电源时要关注的一个点。因为能完成同样功能的设计方案,一个很轻松地完成,一个要费很大的劲才能完成。

除了拓扑结构选型时候需要考虑其优缺点,我们还需要根据负载的波动情况来确定,有的负载较稳定,有的负载就波动较大,甚至于有的还会有空载、或满载、或瞬间负载变大、或瞬间负载跌落的情况发生,若有这种问题,最好与电源模块厂家说明,确认其设计上已有必要的应对防护性设计措施,不是所有的电源都可以达到这个目标的。因此负载的类型也是一个影响因素。一般的模块,其输出是按照默认为阻性负载而设计的,如果负载是感性或容性负载,都需要与模块厂家单独说明,以便厂家出厂时的电源模块内部器件或参数稍作调整。

除了以上非常重要的选型因素以外,我们还需要考虑到开关电源模块选型时候的开关频率、波纹、安规要求等。电源模块的开关频率也是需要关注的,他决定了外接电源滤波器滤波参数(截止频率、阶次)的选择。纹波与拓扑结构、电容电感的参数、负载的情况都相关,一个5v电源,纹波做到50mv,单电源的误差就是1%了,对精度要求高的电路,电源的误差、放大电路的误差、信号电缆的误差、AD的舍入误差,多个误差累积合并之后,总误差可就大了。电源模块里有无滤波设计、电源模块所在的设备里有无安规要求(漏电流、绝缘耐压、湿度要求)、温升特性、转换效率、输入电压的波动范围、负载调整率等等,要求的地方还是不少的。所以我们可以了解到开关电源模块选择,不是只有成本这唯一的指标值得被关注。

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