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PDP事业部研发中心1长虹欣锐介绍开关电源的基本原理与应用——基础性培训资料研发中心赵田才2011-8-22PDP事业部研发中心目录•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，是所有用电设备的动力；2、开关电源的概念：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定输出并有保护环节成为开关电源（SMPS：SwitchingModePowerSupply）;3、离线式开关变换器（Off-LineSwitchingConverter）:是AC-DC变换，也常称做开关整流器，它不单指整流的意义，而且整流后又作了DC-DC变换；AC（alternatingcurrent），DC（directcurrent）；4、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开关电源的分类：1、按照控制方式分为：PWM方式、谐振方式和二者结合方式；2、按照是否采用变压器隔离可以分为:隔离式和非隔离式3、按照拓扑结构可以分为：BUCK、BOOST、RCC（反激）、HB（半桥）、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：LCD电源板上高度已经低于8mm；PDP电源板上高度已经低于17mm；•高效率：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的水平，一般在0.5W以下；•高可靠性：MTBF(平均连续无故障时间)10万小时；•低成本：单体电源的单位功率价格小于0.5元；PDP事业部研发中心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•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。未加PFC电路电网输入电压电流波形应用：以PFC(PowerFactorCorrection)技术为例PDP事业部研发中心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3、RCC（反激拓扑结构）-电流流向、波形1PDP事业部研发中心开关电源的基本拓扑结构3、RCC（反激拓扑结构）-电流流向、波形2及全周期波形PDP事业部研发中心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事业部研发中心输入电压范围90Vac—264Vac工作电压范围100Vac—240Vac输入频率范围47Hz-63Hz最大交流输入电流根据电源设计规格确定，在100Vac输入最大输出负载下测试最大冷机启动冲击电流60Amax电源效率（额定负载）83%Min谐波电流符合EN61000-3-2/GB17625.1D类标准要求1、输入特性：待机功率：在220Vac输入下,输出功率470mW下，输入功率1WPDP-TV电源的基本原理-电源基本技术规格PDP事业部研发中心名称输出电压调整率最小电流（A）特征电流（A）最大电流（A）电压范围(V)屏部分Vs+207V+/-2%0.11.21.4Adjustable（+200-+210）Va+55V+/-5%0.10.71.5Adjustable(+50-+57)Vg+15.2V+/-3%0.10.30.5+14.75-+15.7D5V+5.2V+/-5%0.10.52.04.94-5.46机芯部分VAMP+15.2V0.122.5+14.75-+18A15.2V+15.2V+5%/-3%0.11.21.8+14.75-+16VSTB+5.2V+/-3%0.021.41.75.05-5.35A5V+5.2V+/-3%0.13.33.85.05-5.352、输出特性：注：1、整机最大输入功率：在输入电压100Vac—240Vac,总输入功率≤450W；PDP-TV电源的基本原理-电源基本技术规格PDP事业部研发中心PDP-TV电源的基本原理-电源图片PM50H2000模组用开关电源--HSP400-5S01PDP事业部研发中心HSP400-5S01电源原理图PDP事业部研发中心PDP电源的时序要求1、遥控开关机时序要求：REMOCONOFFREMOCONONACMax1secMax200msMax500ms1.5~2.0secMax60msRising:Max400ms5VSTBACDPS_ONRelaySigD5VVS_ON(FromLogic)VAMin30msRising:Max600msVSMax25msPDP事业部研发中心PDP电源的时序要求2、交流开关机时序要求：ACMax1secMax200msMax25msMax500ms1.5~2.0secMax60msACOFFREMOCONONMin40ms5VSTBACDD5VVS_ON(FromLogic)VAMin30msMin50msMax25msRising:Max600msVSRising:Max600msMax25msPS_ONRelaySigPDP事业部研发中心平板电视电源的测试-开关电源的测量控制电路线电压VDS(Sat)线电流VONVGS浪涌电流纹波电流浮地测量关断特性纹波电压VDSXIDS=Power线电流谐波功率因素测量参考地有功功率视在功率PDP事业部研发中心平板电视电源的测试-电源电性能测试系统AP015DC-50MHz电流探头DSC015通道延迟校准PMA2电源分析软件DXC100A差分探头对DA1855A100Mz差分放大器具全ProBus控制LeCroy数字示波器备注：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；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•输入电压范围（InputVoltageRange）：电源系统允许的供电系统（市电）提供的电压变化的范围；•工作电压范围（OperationVoltageRange）：电源系统在额定负载下符合客户标准要求下的电压范围；•输入频率范围（InputFrequencyRange）：供电系统（市电）提供的电源频率的范围，一般在47Hz-63Hz；•最大输入电流（MaxiumInputCurrent）：电源系统在最低输入电压和最大负载下的平均输入电流；•最大冲击电流（MaxiumImpactCurrent）：一般是指用电器给电一瞬间在其内部产生的最大电流；•电源效率（PowerSupplyEfficiency）：在一定的输出负载下，电源的输出功率与输入功率之比；•功率因数（PowerFactor）：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;•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事业部研发中心开关电源的主要测试指标-输出特性•最大输出功率(Maximumoutputpower)：各输出部分最大功率的总和；•额定输出功率(OutputPowerRating)：电源可以在一定的环境温度下，持续的输出的一定的功率，要求输出电压、纹波等指标满足标准，转换效率没有剧烈变化，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，其它参数保持恒定时电压的变化率，百分比表示的输出电压的变化。•交叉调整率（Thedefinitionofcross-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。•最大纹波电压(MaximumRippleVoltage):在额定输出电压和负载电流下，输出电压的纹波（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)：当输入电压关断后，某一输出电压下降到额定值的90%（或者70%）所经历的时间。•开关机时序（TimingSequenceOfPowerOn-off）：整机开关机过程中电源各输出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-保护特性•欠压保护（UnderVoltageProtection）:包括输入欠压保护、输出欠压保护，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）:包括输入过压保护、输出过压保护，开关电源电路的一个特征，在输入输出端出现不正常的高电压时保护开关电源和负载；•过流保护（OverCurrentProtection）:当输出电流超过设定电流时候，设备自动断电，以保护设备。•过载保护（OverPowerProtection）：指电源的负载继续上升，达到某个点了电源就自动断电，以免出现过流损坏电源或者电脑的其他部件。OPP值通常是额定功率的1.3倍左右。•短路保护（Short-circuitProtection）：一种极端的过载保护，当电源输出端出现短路时，电源系统自动关闭，保证相关（主要）器件不损坏的一种保护。PDP事业部研发中心开关电源的主要测试指标-安全特性•绝缘阻抗（InsulationResistance）：某绝缘体阻挡到底是多少，特别是在高压下，容易存在击穿等现象，使得物体阻抗突然变化，DC500V≥100M欧；•绝缘耐压（InsulationVoltage）：可连续(例1分钟)加到输入端和输出端，输入端和底板，输出端和底板之间的最大交流或直流电压。一般输入端和输出端之间的绝缘电压可达3000Vac；•安全距离(SafeDistance):为了防止人体触及或接近带电体等造成的危险，在其间所需保持的空间距离。•漏电流(SinkCurrent)：开关电源中为了减少干扰，按照国标，必须设有EMI滤波器电路。由于EMI电路的关系，使得在开关电源在接上市电后对地有一个微小的电流，这就是漏电流。电源一次侧和二次侧之间在标准输入电压要求下所流过的电流值；•温升测试(Temp-riseCheck)：在环境温度保持一定的情况下，对于被测物体的温度进行测试并进行换算的一种测试；PDP事业部研发中心开关电源的主要测试指标-电磁兼容特性•电磁干扰测试（EMICheck)：•传导测试：•辐射测试：•谐波电流：•电磁抗干扰测试(EMSCheck)：•浪涌试验：•射频电磁场辐射抗扰度：•射频场感应的传导骚扰抗扰度：•静电放电试验：•。。。。。。以上试验都