電子工程師必備：電源設(shè)計(jì)及電源測(cè)評(píng)指南

　　電源工程師在電源設(shè)計(jì)或者電源測(cè)評(píng)時(shí)須考慮以下要素：

　　一、描述輸入電壓影響輸出電壓幾個(gè)指標(biāo)形式

　　1、絕對(duì)穩(wěn)壓系數(shù)

　　A、絕對(duì)穩(wěn)壓系數(shù)：表示負(fù)載不變時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出直流變化量△U0與輸入電網(wǎng)變化量△Ui之比。即：K=△U0/△Ui。

　　B、相對(duì)穩(wěn)壓系數(shù)：表示負(fù)載不變時(shí)，穩(wěn)壓器輸出直流電壓△Uo的相對(duì)變化量△Uo與輸出電網(wǎng) Ui 的相對(duì)變化量Ui之比。即：S=△Uo/Uo /△Ui/Ui。

　　2、電網(wǎng)調(diào)整率

　　它表示輸入電網(wǎng)電壓由額定值變化±10%時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出電壓的相對(duì)變化量，有時(shí)也以絕對(duì)值表示。

　　3、電壓穩(wěn)定度

　　負(fù)載電流保持為額定范圍內(nèi)的任何值，輸入電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)變化所引起的輸出電壓相對(duì)變化△Uo/Uo百分值)，稱為穩(wěn)壓器的電壓穩(wěn)定度。

　　二、負(fù)載對(duì)輸出電壓影響的幾種指標(biāo)形式

　　1、負(fù)載調(diào)整率(也稱電流調(diào)整率)

　　在額定電網(wǎng)電壓下，負(fù)載電流從零變化到最大時(shí)，輸出電壓的最大相對(duì)變化量，常用百分?jǐn)?shù)表示，有時(shí)也用絕對(duì)變化量表示。

　　2、輸出電阻(也稱等效內(nèi)阻或內(nèi)阻)

　　在額定電網(wǎng)電壓下，由于負(fù)載電流變化△IL引起輸出電壓變化△Uo，則輸出電阻為Ro=|△Uo/△IL| 歐。

　　三、紋波電壓的幾個(gè)指標(biāo)形式

　　1、最大紋波電壓

　　在額定輸出電壓和負(fù)載電流下，輸出電壓的紋波(包括噪聲)的絕對(duì)值的大小，通常以峰峰值或有效值表示。

　　2、紋波系數(shù) Y(%)

　　在額定負(fù)載電流下，輸出紋波電壓的有效值Urms與輸出直流電壓 Uo 之比，即y=Umrs/Uo x100%

　　3、紋波電壓抑制比

　　在規(guī)定的紋波頻率(例如 50Hz)下，輸出電壓中的紋波電壓 Ui~與輸出電壓中的紋波電壓 Uo~之比，即：紋波電壓抑制比=Ui~/Uo~ 。

　　這里聲明一下：噪聲不同于紋波。紋波是出現(xiàn)在輸出端子間的一種與輸入頻率和開(kāi)關(guān)頻率同步的成分，用峰-峰(peak to peak)值表示，一般在輸出電壓的 0.5%以下;噪聲是出現(xiàn)在輸出端子間的紋波以外的一種高頻成分，也用峰-峰(peak to peak)值表示，一般在輸出電壓的 1%左右。紋波噪聲是二者的合成，用峰-峰(peak to peak)值表示，一般在輸出電壓的 2%以下。

　　四、沖擊電流

　　沖擊電流是指輸入電壓按規(guī)定時(shí)間間隔接通或斷開(kāi)時(shí)，輸入電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)前所通過(guò)的最大瞬間電流。一般是 20A——30A。

　　五、過(guò)流保護(hù)

　　過(guò)流保護(hù)是一種電源負(fù)載保護(hù)功能，以避免發(fā)生包括輸出端子上的短路在內(nèi)的過(guò)負(fù)載輸出電流對(duì)電源和負(fù)載的損壞。過(guò)流的給定值一般是額定電流的 110%——130%。

　　六、過(guò)壓保護(hù)

　　過(guò)壓保護(hù)是一種對(duì)端子間過(guò)大電壓進(jìn)行負(fù)載保護(hù)的功能。一般規(guī)定為輸出電壓的 130%——150%。

　　七、輸出欠壓保護(hù)

　　當(dāng)輸出電壓在標(biāo)準(zhǔn)值以下時(shí)，檢測(cè)輸出電壓下降或?yàn)楸Ｗo(hù)負(fù)載及防止誤操作而停止電源并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，多為輸出電壓的 80%——30%左右。

　　八、過(guò)熱保護(hù)

　　在電源內(nèi)部發(fā)生異常或因使用不當(dāng)而使電源溫升超標(biāo)時(shí)停止電源的工作并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

九、溫度漂移和溫度系數(shù)

　　溫度漂移：環(huán)境溫度的變化影響元器件的參數(shù)的變化，從而引起穩(wěn)壓器輸出電壓變化。常用溫度系數(shù)表示溫度漂移的大小。

　　絕對(duì)溫度系數(shù)：溫度變化1攝氏度引起輸出電壓值的變化△UoT，單位是 V/℃或毫伏每攝氏度。

　　相對(duì)溫度系數(shù)：溫度變化 1 攝氏度引起輸出電壓相對(duì)變化△UoT/Uo，單位是 V/℃。

　　十、漂移

　　穩(wěn)壓器在輸入電壓、負(fù)載電流和環(huán)境溫度保持一定的情況下，元件參數(shù)的穩(wěn)定性也會(huì)造成輸出電壓的變化，慢變化叫漂移，快變化叫噪聲，介于兩者之間叫起伏。

　　表示漂移的方法有兩種：

　　1、在指定的時(shí)間內(nèi)輸出電壓值的變化△Uot。

　　2、在指定時(shí)間內(nèi)輸出電壓的相對(duì)變化△Uot/Uo。

　　考察漂移的時(shí)間可以定為 1 分鐘、10 分鐘、1 小時(shí)、8 小時(shí)或更長(zhǎng)。只在精度較高的穩(wěn)壓器中，才有溫度系數(shù)和溫漂兩項(xiàng)指標(biāo)。

　　十一、響應(yīng)時(shí)間

　　響應(yīng)時(shí)間是指負(fù)載電流突然變化時(shí)，穩(wěn)壓器的輸出電壓從開(kāi)始變化到達(dá)新的穩(wěn)定值的一段調(diào)整時(shí)間。在直流穩(wěn)壓器中，則是用在矩形波負(fù)載電流時(shí)的輸出電壓波形來(lái)表示這個(gè)特性，稱為過(guò)度特。

　　十二、失真

　　失真這是交流穩(wěn)壓器特有的。是指輸出波形不是正 波形，產(chǎn)生波形畸變，稱為畸變。

　　十三、噪聲

　　按30Hz——18kHZ 的可聽(tīng)頻率規(guī)定，這對(duì)開(kāi)關(guān)電源的轉(zhuǎn)換頻率不成問(wèn)題，但對(duì)帶風(fēng)扇的電源要根據(jù)需要加以規(guī)定。

　　十四、輸入噪聲

　　為使開(kāi)關(guān)電源工作保持正常狀態(tài)，要根據(jù)額定輸入條件，按由允許輸入外并疊加于工業(yè)用頻率的脈沖狀電壓(0——peak)制定輸入噪聲指標(biāo)。一般外加脈沖寬度為 100——800us，外加電壓 1000V。

　　十五、浪涌

　　這是在輸入電壓，以 1 分鐘以上的間隔按規(guī)定次數(shù)加一種浪涌電壓，以避免發(fā)生絕緣破壞、閃絡(luò)、電弧等異?，F(xiàn)象。通信設(shè)備等規(guī)定的數(shù)值為數(shù)千伏，一般為 1200V。

　　十六、靜電噪聲

　　指在額定輸入條件下，外加到電源框體的任意部分時(shí)，全輸出電路能保持正常工作狀態(tài)的一種重復(fù)脈沖狀的靜電。一般保證 5——10KV 以內(nèi)。

　　十七、穩(wěn)定度

　　允許使用條件下，輸出電壓最大相對(duì)變化△Uo/Uo。

　　十八、電氣安全要求(GB 4943-90)

　　1、電源結(jié)構(gòu)的安全要求

　　(1)空間要求

　　UL、CSA、VDE 安全規(guī)范強(qiáng)調(diào)了在帶電部分之間和帶電部分與非帶電金屬部分之間的表面、空間的距離要求。UL、CSA要求：極間電壓大于等于 250VAC 的高壓導(dǎo)體之間，以及高壓導(dǎo)體與非帶電金屬部分之間(這里不包括導(dǎo)線間)，無(wú)論在表面間還是在空間，均應(yīng)有 0.1 英寸的距離;VDE 要求交流線之間有 3mm 的徐變或 2mm 的凈空隙;IEC 要求：交流線間有 3mm 的凈空間隙及在交流線與接地導(dǎo)體間的 4mm 的凈空間隙。另外，VDE、IEC要求在電源的輸出和輸入之間，至少有 8mm 的空間間距。

　　(2)電介質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法(打高壓：輸入與輸出、輸入和地、輸入 AC 兩級(jí)之間)

　　(3)漏電流測(cè)量

　　漏電流是流經(jīng)輸入側(cè)地線的電流，在開(kāi)關(guān)電源中主要是通過(guò)靜噪濾波器的旁路電容器泄露電流。UL、CSA 均要求暴露的不帶電的金屬部分均應(yīng)與大地相接，漏電流測(cè)量是通過(guò)將這些部分與大地之間接一個(gè) 1.5K 歐的電阻，其漏電流應(yīng)該不大于 5 毫安。VDE 允許：用 1.5K 歐的電阻與 150nP 電容并接。并施加 1.06倍額定使用電壓，對(duì)數(shù)據(jù)處理設(shè)備，漏電流應(yīng)不大于 3.5 毫安。一般是 1 毫安左右。

　　(4)絕緣電阻測(cè)試

　　VDE 要求：輸入和低電壓輸出電路之間應(yīng)有 7M 歐的電阻，在可接觸到的金屬部分和輸入之間，應(yīng)有 2M 歐的電阻或加 500V 直流電壓持續(xù) 1 分鐘。

　　(5)印制電路板要求

　　要求是 UL 認(rèn)證的 94V-2 材料或比此更好的材料。

2、對(duì)電源變壓器結(jié)構(gòu)的安全要求

　　(1)變壓器的絕緣

　　變壓器的繞組使用的銅線應(yīng)為漆包線，其他金屬部分應(yīng)涂有瓷、漆等絕緣物質(zhì)。

　　(2)變壓器的介電強(qiáng)度

　　在實(shí)驗(yàn)中不應(yīng)出現(xiàn)絕緣層破裂和飛弧現(xiàn)象。

　　(3)變壓器的絕緣電阻

　　變壓器繞組間的絕緣電阻至少為 10M 歐，在繞組與磁心、骨架、屏蔽層間施加 500 伏直流電壓，持續(xù) 1 分鐘，不應(yīng)出現(xiàn)擊穿、飛弧現(xiàn)象。

　　(4)變壓器濕度電阻

　　變壓器必須在放置于潮濕的環(huán)境之后，立即進(jìn)行絕緣電阻和介電強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，并滿足要求。潮濕環(huán)境一般是：相對(duì)濕度為 92%(公差為 2%)，溫度穩(wěn)定在 20 到 30 攝氏度之間，誤差允許 1%，需在內(nèi)放置至少 48 小時(shí)之后，立即進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)。此時(shí)變壓器的本身溫度不應(yīng)該較進(jìn)入潮濕環(huán)境之前測(cè)試高出 4 攝氏度。

　　(5)VDE 關(guān)于變壓器溫度特性的要求

　　(6)UL、CSA 關(guān)于變壓器溫度特性的要求。

　　注：

　　IEC——International ElectrotechnICal Commission

　　VDE——Verbandes Deutcher ElectrotechnICer

　　UL——Underwriters’ Laboratories

　　CSA——CANadian Standards Association

　　FCC—— Federal CommunICations Commission

　　十九、無(wú)線電騷擾(按照 GB 9254-1998 測(cè)試)

　　1、電源端子騷擾電壓限值

　　2、輻射騷擾限值

　　二十、電磁兼容性試驗(yàn)

　　電磁兼容性試驗(yàn)(electromagnetIC compatiblity EMC)

　　電磁兼容性是指設(shè)備或系統(tǒng)在共同的電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中 任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾的能力。

　　電磁干擾波一般有兩種傳播途徑，要按各個(gè)途徑進(jìn)行評(píng)價(jià)。一種是以波長(zhǎng)長(zhǎng)的頻帶向電源線傳播，給發(fā)射區(qū)以干擾的途徑，一般在 30MHz 以下。這種波長(zhǎng)長(zhǎng)的頻率在附屬于電子設(shè)備的電源線的長(zhǎng)度范圍內(nèi)還不滿 1 個(gè)波長(zhǎng)，其輻射到空間的量也很少，由此可掌握發(fā)生于電源線上的電壓，進(jìn)而可充分評(píng)估干擾的大小，這種噪聲叫做傳導(dǎo)噪聲。

　　當(dāng)頻率達(dá)到 30MHz 以上，波長(zhǎng)也會(huì)隨之變短。這時(shí)如果只對(duì)發(fā)生于電源線的噪聲源電壓進(jìn)行評(píng)價(jià)，就與實(shí)際干擾不符。因此，采用了通過(guò)直接測(cè)定傳播到空間的干擾波評(píng)價(jià)噪聲大小的方法，該噪聲就叫做輻射噪聲。測(cè)定輻射噪聲的方法有上述按電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)傳播空間的干擾波進(jìn)行直接測(cè)定的方法和測(cè)定泄露到電源線上的功率的方法。

　　電磁兼容性試驗(yàn)包括：

　?、?磁場(chǎng)敏感度：(抗擾性)設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)暴露在電磁輻射下的不希望有的響應(yīng)程度。敏感度電平越小，敏感性越高，抗擾性越差。固定頻率、峰峰值的磁場(chǎng)

　?、?靜電放電敏感度：具有不同靜電電位的物體相互靠近或直接接觸引起的電荷轉(zhuǎn)移。300PF 電容充電到-15000V，通過(guò) 500 歐電阻放電。可超差，但放完后要正常。數(shù)據(jù)傳遞、儲(chǔ)存，不能丟

③ 電源瞬