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FAQ: Offline AC-DC和DC-DC电源

2020年2月4日
设计从墙上插座工作的电源具有多重挑战。这个FAQ应该可以回答你的很多问题。

什么是脱机电压?

世界范围的交流电源电压电压范围从100到240 V。考虑到电压下降(电力不足)和电涌,用于通用输入的离线交流电源的额定电压为85到165v。交流电的频率在世界大部分地区为50赫兹,在美国为60赫兹。也有一些400赫兹的系统,但这些系统大多在飞机上,而不是墙电。在美国,常见的工业离线电压为208v、240 V和440 V,在欧洲为380v、400 V和415v。住宅电力往往是单相的,而工业离线电力通常是三相的,可能有中性的回报。

需要为LED照明和其他直流负载供电直流线路电压在商业和住宅建筑,通常是24v直流。这些需要一个dc-dc变换器,这是一种开关电压调节器的类型。发电厂和工业装置通常使用高压直流,通常是120至330伏特直流,因为它们不能总是依赖外部交流电源。这种直流电压经常用电池备份。

离线供应的基本规格是什么?

输入电压范围和输出电压或多输出电源的电压是一个基本规范。有一个线路规范,将输出电压的变化与输入电压的变化联系起来。有一个负载调节规范,它与负载增加时电压的变化有关。另一个基本规范是电源的效率——输入功率与输出功率相关。这种情况在过载时发生变化,在低负载和高负载时变得更糟。

电源的瞬态响应是另一个重要指标,它关系到电源对突然负载增加的响应速度。它还可以通过突然移除负载来指定超调水平。也可能有一个规范要求电源工作在零负载。许多开关都需要一些负载来进行适当的调节。

离线电源的纹波规格特征是输出电压的周期性小变化,如60hz或开关频率。噪声规格与输出上意外的电压或电流的波动有关。它通常被表示为均方根电压,单位为微伏或毫伏,但更有用的是显示在噪声频谱图在频率。放大器和其他模拟芯片对高频噪声更敏感,所以了解电源噪声的频段将有助于你做出更好的设计。这个输出噪声不一定与辐射噪声的供应。

什么是功率因数校正(PFC)?

一些标准要求您的离线交流电源具有功率因数校正。PFC确保电源的输入电流是与输入电压相同的正弦波。在没有特殊电路的情况下,离线电源将在施加的线电压达到正负峰值时产生电流峰值。

我可以设计什么样的保护功能?

当你将电源连接到电源时,输入电流涌流保护降低了开关浪涌切断电流。PFC电路可以将此作为其功能的一部分。软启动电路也是如此。输出电流限制保护电源免受短路和电涌。你可以设计电源,当电压下降时,将电流限制在最大,或者你可以做折叠保护,使电流下降到一个低值,直到你移除负载。

你应该考虑防温。因此,如果电源太热,它将限制电流,或关闭。你可以考虑输入过压保护以及欠压锁定(UVLO),在这种情况下,如果输入电压过低,电源将不工作。

供货方应该进行什么样的沟通?

一些物资只能正常使用,没有通讯功能。至少,您可能需要一个“功率良好”的逻辑信号,它可以在电源工作时进行断言。还可以设计在各种故障信号的输出。对于全数字通信,有PMBus开放标准,它可以让你控制供应,并从中读取信息。实验室设备可能有IEEE 488、RS-232,甚至以太网通信。毫无疑问,一种由wi - fi控制的离线电源即将问世。

如何提高效率?

最大的效率改进来自转换器的线性电源.线性电源仍有一席之地,如实验室电源和高端音频电源。大多数离线供应现在都是转换型的。一般来说,更大的电感器或变压器可以提供更好的效率,更厚的铜导体,更高成本的晶体管,二极管和电容器。更复杂的架构,如零电压和零电流开关,以及串联谐振拓扑可以提高效率。

几年前,效率通常为85%,而现在,效率达到90%甚至更高,尽管不是所有负荷。这就是为什么确定负载的供应输出是重要的。所有的电源都需要一个静态电流来运行控制电路和开关晶体管。当输出电流下降时,静止电流成为输入电流的很大一部分,根据定义,它降低了供电效率。如果你能消除冷却风扇,这将提高效率,因为风扇功率是一种静止电流的形式。

我可以做遥感吗?

很多时候,您想要控制负载上的电源电压,在它经过长电线到达负载后。如果探测线长到使供应不稳定,就会产生问题。长检测线也会接收到环境噪声,并将其注入到电源中的检测电路中,从而影响输出电压。

离线电源适用哪些标准?

最初关于电气设备的问题是火灾。作为一个结果,美国保险商实验室(UL),最初是为火灾保险公司设立的,它规定了火灾,现在也规定了安全标准,如漏电和间隙距离。加拿大标准协会(CSA)有类似的标准,这两个组织可以对您的产品进行两套标准的交叉认证,从而为您的产品提供UL和CSA标记。欧洲共同体(EC)指令是类似的,但不同的标准集,将允许您显示CE标记。

FCC对来自电源的无线电波发射有标准——包括通过空气(辐射)和通过电线从电源传到墙上(传导)。EC指令还包括电磁兼容(EMC)规则和免疫规则,要求您的设计能够承受外部设备的电磁辐射而不发生故障。信息、医疗和电信产品存在不同的标准。

对于I类插头有接地引脚,以及II类通常被称为“双绝缘”的电源不接地的规定也不同。还有一个有限的电源(LPS)类与放松安全规格,由于其电力可用性的限制性质。监管体系是如此复杂,以至于许多设计者转向外部上市公司,如UL或TUV或数十家测试实验室熟悉国际通用的产品应用标准。

我如何增加我的供应的可靠性?

一种方法是拆下风扇。其他低可靠性元件是电解电容器和钽电容器,以及电位器。供电可靠性差电解电容器将淹没所有其他组件的可靠性,即使是在一个大型系统中。如果你无法摆脱它们,那么就对它们进行过度设计,使其额定电压比需要的高得多。此外,温度使可靠性更差。如果你可以使用低esr电容器和减少纹波电流,他们必须携带,它将降低自热的电容器。

平均故障间隔时间(MTBF)是通过计算统计可靠性在你的系统中。您可以在军用标准MIL-HDBK-217F Notice 2或Telcordia标准SR/TR-332 (Bellcore)下进行此操作,该标准是为电信行业发展而来的。

每个标准都有组件可靠性的表。如果电解电容器在低于额定电压和较低温度下运行,可以提高可靠性。或者,某些生命周期计算根据电解电容器在最高工作温度下的温升估计其寿命。

什么是多输出交叉调节?

许多多输出电源只调节一个输出电压,如5v,并利用电路设计使二次电压合理恒定,如±15v。这意味着,如果你从5v输出中抽取大量电流,它将改变±15 v输出。如果你需要多个精确的电压,你可能必须使用单独的电源,或用另一个线性或开关调节器后调节二次输出。对于非常精确的电压,可以用参考电压集成电路

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