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1长虹欣锐介绍开关电源的基本原理与应用研发中心赵田才2011-8PDP事业部研发中心长虹欣锐介绍开关电源的基本原理与应用——基础性培训资料赵田才8-22目•开关电源的基本概念和分类•开关电源设计的要点和平板电视电源的趋势•开关电源的一般拓扑结构•PDP-TV电源的基本原理•平板电视电源的主要测试指标•开关电源系统排版的基本要求•中国强制认证-CCC•电源的EMC设计和对策•电源的安全设计PDP事业部研发中心录开关电源设计的要点和平板电视电源的趋势CCC开关电源的基本概念和分类1、电源的重要性：电源就如人的心脏2、开关电源的概念：凡是半导体功率器件作为开关为另外一种形态的主电路都叫做开关变换器电路定输出并有保护环节成为开关电源（SMPS）;3、离线式开关变换器（Off-LineSwitchingConverter常称做开关整流器，它不单指整流的意义（alternatingcurrent），DC（directcurrent4、PWM开关变换器：凡是采用脉宽控制方式控制电子开关的的开关变换器PDP事业部研发中心开关电源的基本概念和分类电源就如人的心脏，是所有用电设备的动力；凡是半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变成为另外一种形态的主电路都叫做开关变换器电路，转变时用自动控制闭环稳SMPS：SwitchingModePowerSupplyLineSwitchingConverter）:是AC-DC变换，也它不单指整流的意义，而且整流后又作了DC-DC变换；ACdirectcurrent）；凡是采用脉宽控制方式控制电子开关的的开关变换器；开关电源的基本概念和分类开关电源的分类：1、按照控制方式分为：PWM方式、2、按照是否采用变压器隔离可以分为3、按照拓扑结构可以分为：BUCK、桥）、FB（全桥）等；4、按照激励方式可以分为：自激式和他激式5、按照谐振方式可以分为：电压谐振式和电流谐振式PDP事业部研发中心开关电源的基本概念和分类、谐振方式和二者结合方式；按照是否采用变压器隔离可以分为:隔离式和非隔离式、BOOST、RCC（反激）、HB（半自激式和他激式；电压谐振式和电流谐振式；开关电源设计的要点和平板电视电源的趋势•确保设计的可靠性：–验证余量–验证参数•分析和排除故障：•高效率、低噪声：•成本最优化:•满足标准:–安全–质量•薄型化：电源板上高度已经低于•高效率：上的效率•低待机功耗平，一般在•高可靠性小时；•低成本：PDP事业部研发中心开关电源设计的要点和平板电视电源的趋势：LCD电源板上高度已经低于8mm；PDP电源板上高度已经低于17mm；：目前的整个电源系统可以实现83%以上的效率；低待机功耗：专用模块已经实现低于0.1W的水一般在0.5W以下；高可靠性：MTBF(平均连续无故障时间)10万：单体电源的单位功率价格小于0.5元；开关电源的基本拓扑结构1、BUCK拓扑(降压式变换电路)：重要公式:Vout=DxVinVout=Vin-Ldi/dt(开关管打开时PDP事业部研发中心开关电源的基本拓扑结构开关管打开时)开关电源的基本拓扑结构2、BOOST拓扑结构(升压式变换电路重要公式:Vout=Vin+Ldi/dtPDP事业部研发中心开关电源的基本拓扑结构升压式变换电路):开关电源的基本拓扑结构•1、PF的定义：在交流电路中，电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S•2、PFC技术：为了解决输入电流波形畸变和降低电流谐波含量，开关电源需要使用功率因数校正（PFC）技术。PFC技术使得电流波形跟随电压波形，将电流波形校正成近似的正弦波。应用：以PFC(PowerFactorCorrection)PDP事业部研发中心开关电源的基本拓扑结构未加PFC电路电网输入电压电流波形PFC(PowerFactorCorrection)技术为例开关电源的基本拓扑结构典型的PFC控制模式－DCM模式PDP事业部研发中心开关电源的基本拓扑结构开关电源的基本拓扑结构1、一种峰值检测PFC控制框图PDP事业部研发中心开关电源的基本拓扑结构开关电源的基本拓扑结构2、RCC（反激拓扑结构）PDP事业部研发中心开关电源的基本拓扑结构开关电源的基本拓扑结构3、RCC（反激拓扑结构）-电流流向PDP事业部研发中心开关电源的基本拓扑结构电流流向、波形1开关电源的基本拓扑结构3、RCC（反激拓扑结构）-电流流向、PDP事业部研发中心开关电源的基本拓扑结构、波形2及全周期波形开关电源的基本拓扑结构4、LLC（谐振半桥拓扑结构－串联谐振方式•在负载较重时原边电流看作近似为正弦波高次谐波可以忽略，只有基波的能量传到整流器•负载较轻时，IIN为非正弦波，基波和高次谐波的能量一起传到整流器PDP事业部研发中心开关电源的基本拓扑结构串联谐振方式）在负载较重时原边电流看作近似为正弦波,只有基波的能量传到整基波和高次输入电压范围工作电压范围输入频率范围最大交流输入电流根据电源设计规格确定最大冷机启动冲击电流电源效率（额定负载）谐波电流符合EN610001、输入特性：待机功率：在220Vac输入下,输出功率470mWPDP-TV电源的基本原理PDP事业部研发中心90Vac—264Vac100Vac—240Vac47Hz-63Hz根据电源设计规格确定，在100Vac输入最大输出负载下测试60Amax83%MinEN61000-3-2/GB17625.1D类标准要求470mW下，输入功率1W电源的基本原理-电源基本技术规格名称输出电压调整率最小电流（屏部分Vs+207V+/-2%Va+55V+/-5%Vg+15.2V+/-3%D5V+5.2V+/-5%机芯部分VAMP+15.2VA15.2V+15.2V+5%/-3%VSTB+5.2V+/-3%0.02A5V+5.2V+/-3%2、输出特性：注：1、整机最大输入功率：在输入电压100VacPDP-TV电源的基本原理PDP事业部研发中心最小电流（A）特征电流（A）最大电流（A）电压范围(V)0.11.21.4Adjustable（+200-+210）0.10.71.5Adjustable(+50-+57)0.10.30.5+14.75-+15.70.10.52.04.94-5.460.122.5+14.75-+180.11.21.8+14.75-+160.021.41.75.05-5.350.13.33.85.05-5.35100Vac—240Vac,总输入功率≤450W；电源的基本原理-电源基本技术规格PDP-TV电源的基本原理PM50H2000模组用开关电源PDP事业部研发中心电源的基本原理-电源图片模组用开关电源--HSP400-5S01HSP400-5S01PDP事业部研发中心5S01电源原理图PDP电源的时序要求1、遥控开关机时序要求：REMOCONONACMax1secMax200msMax500ms1.5~2.0secMax60msRising:Max400ms5VSTBACDPS_ONRelaySigD5VVS_ON(FromLogic)VARising:Max600msVSPDP事业部研发中心电源的时序要求REMOCONOFFMax60msMin30msMax25msPDP电源的时序要求2、交流开关机时序要求：ACMax1secMax200msMax25msMax500ms1.5~2.0secMax60msREMOCONON5VSTBACDD5VVS_ON(FromLogic)VARising:Max600msVSRising:Max600msPS_ONRelaySigPDP事业部研发中心电源的时序要求Max60msACOFFMin40msMin30msMin50msMax25msMax25ms平板电视电源的测试控制电路线电压VDS(Sat)线电流VGS浪涌电流纹波电流浮地测量VDS线电流谐波功率因素有功功率视在功率PDP事业部研发中心平板电视电源的测试-开关电源的测量VON关断特性纹波电压DSXIDS=Power测量参考地平板电视电源的测试AP015DC-50MHz电流探头DXC100A差分探头对DA1855A100Mz差分放大器具全ProBus控制备注：电源测试时的隔离：在进行电源初级端测试时需要用隔离变压器进备注：电源测试时的隔离：在进行电源初级端测试时需要用隔离变压器进行隔离，以免造成危险；行隔离，以免造成危险；PDP事业部研发中心平板电视电源的测试-电源电性能测试系统DSC015通道延迟校准PMA2电源分析软件LeCroy数字示波器在进行电源初级端测试时需要用隔离变压器进在进行电源初级端测试时需要用隔离变压器进平板电视电源的主要测试指标•输入电压范围（InputVoltageRange）电压变化的范围；•工作电压范围（OperationVoltageRange求下的电压范围；•输入频率范围（InputFrequencyRange）围，一般在47Hz-63Hz；•最大输入电流（MaxiumInputCurrent）平均输入电流；•最大冲击电流（MaxiumImpactCurrent）：的最大电流；•电源效率（PowerSupplyEfficiency）：入功率之比；•功率因数（PowerFactor）：在交流电路中做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上即cosΦ=P/S;•待机功耗(Stand-byInputPower)：在额定输入要求下整机处于待机时电源的输入功率PDP事业部研发中心平板电视电源的主要测试指标-输入特性：电源系统允许的供电系统（市电）提供的OperationVoltageRange）：电源系统在额定负载下符合客户标准要）：供电系统（市电）提供的电源频率的范）：电源系统在最低输入电压和最大负载下的）：一般是指用电器给电一瞬间在其内部产生）：在一定的输出负载下，电源的输出功率与输在交流电路中，电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，在额定输入要求下整机处于待机时电源的输入功率；开关电源的主要测试指标•最大输出功率(Maximumoutputpower)：•额定输出功率(OutputPowerRating)：电源可以在一定的环境温度下的一定的功率，要求输出电压、纹波等指标满足标准MTBF数值也满足一定的水准。•负载调整率(LoadRegulation):当负载从最小变化到最大压的变化率，百分比表示的输出电压的变化•交叉调整率（Thedefinitionofcross-一个负载变化时引起的其他电压的变化率•最大纹波电压(MaximumRippleVoltage):的纹波（包括噪声）的绝对值的大小，通常以峰峰值或有效值表示•输出电压的保持时间(HoldingTimeOfOutputVoltage)某一输出电压下降到额定值的90%（或者70%•开关机时序（TimingSequenceOfPowerOn电压启动或者关断需要遵守的时间要求。PDP事业部研发中心开关电源的主要测试指标-输出特性：各输出部分最大功率的总和；电源可以在一定的环境温度下，持续的输出纹波等指标满足标准，转换效率没有剧烈变化，当负载从最小变化到最大，其它参数保持恒定时电百分比表示的输出电压的变化。-regulation）：多路输出电源中由于其中一个负载变化时引起的其他电压的变化率。RippleVoltage):在额定输出电压和负载电流下，输出电压通常以峰峰值或有效值表示。(HoldingTimeOfOutputVoltage)：当输入电压关断后，70%）所经历的时间。TimingSequenceOfPowerOn-off）：整机开关机过程中电源各输出。开关电源的主要测试指标•欠压保护（UnderVoltageProtection保护，开关电源电路的一个特征，在输入输出端出现不正常的低电压时保护开关电源和负载；•过压保护（OverVoltageProtection护，开关电源电路的