开关电源的元件选择

,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,1,开关电源中元件选择,2,主要内容,电阻器,电容器,光耦,运算放大器,比较器,保险丝,3,电阻器,(1)-,基本知识,定义：,R,U,/,I,电阻器类型：,碳质电阻，碳膜电阻，金属化电阻，金属氧化膜电阻，贴片电阻，线绕电阻，温度电阻（,NTC,，,PTC,），取样电阻，压敏电阻等,.,电阻值与公差电阻值与公差,电阻标称值按,10,进对数分割，根据公差不同分为,E48,，,E24,，,E12,和,E6,等。公差为,1%,，,5%,，,10%,和,20%,等。以,5%,为例，,E24,的标称值为,1,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.8,2.0,2.2,2.4,2.7,3.0,3.3,3.9,4.3,4.7,5.1,5.6,6.2,6.8,7.5,8.2,9.1,4,电阻,(2),定额,定额,标称值,-,不能任意取,额定功率,P,I,2,R,I,有效值。实际上还是允许温升决定功率损耗。例如线绕电阻可达,270,C,额定电压,：与电阻尺寸和绝缘有关。例如使用贴片电阻由,300V,直流提供辅助电源，不能使用一个电阻降压等等。,5,电阻,(3),温度系数,电阻的温度系数,碳膜电阻,350,1350ppm*/,C,金属膜电阻,25,100ppm/,C,金属氧化膜电阻,100300 ppm/,C,线绕电阻（镍铬）,25100 ppm/,C,贴片电阻,100200 ppm/,C,水泥线绕电阻,20300 ppm/,C,铜导线电阻,4260 ppm/,C,康铜 近似为零,6,电阻,(4)-,电阻的使用,普通负载电阻,功率：选择额定功率比实际电路功率大,1,倍。,直流负载：,P,=,U,2,/,R,开关电路：,P,=,DU,2,/,R,或,P,=,I,2,R,缓冲电路：,P,=,fCU,2,电压：只用额定电压一半,数值和公差,:,一般要求不严格，由电路决定，防失控电阻（最大电阻值）。,定时电阻：精度高，温度系数小。（选大电阻）,7,电阻,(5)-,电阻的使用,取样电阻,电压取样：至少,1,个采用,10k,，同类电阻，如果要求输出电压精度高，应当选择高精度。,电流取样：无感电阻双线反绕线绕电阻，四端电阻；分流器，康铜丝，金属化电阻多个并联。,PCB,铜皮线（过流检测）,35m,m,8,电阻,(6)-,电阻的使用电阻,可变电阻：功率注意限制电流；电位器可靠性差。,限流,电阻：限制启动电容充电电流采用线绕电阻；,NTC,，,PTC,限流和温度补偿,降压电阻：贴片电阻注意电压定额，和最大电阻值,1,F,测试频率为,120Hz,，,1,F,C1nF,测试频率为,1kHz,17,2,.,电压定额,电容器介质中的电场强度大于它的允许电场强度，这是绝缘介质中的电子被拉出来，产生雪崩效应，引起介质击穿。额定电压一般比击穿电压低。高电压定额的电容需要更厚的介质，比低电压体积大。,额定直流电压,：电容两极能施加的最高直流电压。,额定交流电压,：受损耗限制，一般比直流电压低得多。并随频率增加允许交流电压降低。,例如,：某电容直流额额定电压为,600V,，而,50Hz,交流额定电压为,30V,。某电容,50Hz,交流额定电压为,400V,，而在,400HZ,应用，额定电压降低为,240V,等。,通常选择电容额定电压不得小于电容所承受电路最高电压的,125%,。,18,3,.,ESR,、,ESL,和损耗系数,电容等效电路：,C,，,ESR,，,ESL,和,R,S,ESR,：,引线、焊接和介质极化损耗。介质损耗与温度和频率有关。,ESL,：引线、电容极板结构有关。,R,S,：泄漏电阻，一般很大,损耗系数：容量,1,F,，用,120Hz,；,5mm,18,35,应,3mm,，,6,16,应,2mm,；,2,.,电容安装时尽量不要靠近功率器件和发热源；,3,.,不要用有机洗涤剂清洗；,4,.,电路电压最高电压不超过耐压值的,1.2,倍；,5.,不能反极性,；,6,.,已安装在,PCB,上的电容不得强迫拉压或歪扭；,7,.,在电压允许的情况下，电容的端尽可能靠近，减少引线电感。缩短引线。,8,.,并联引线相等,29,2,、钽电容,钽电容比铝电容具有好得多的高频特性，但价格贵，而且电压限制在,100V,和容量数百,F,以下，失效为常为短路极易着火。中功率电源输入最好选择铝电解电容，而输出低压采用贴片钽电容。当然贴片比插件的容量小而电压低。比铝电解电容更好的低温性能。,钽电解电容选择与铝电解电容相似。仍以输出纹波电压和,ESR,选择电容量。,30,3.2,无极性电容,1.,有机薄膜电容,介质,：薄膜电容有聚乙烯、聚酯（,CL,）、聚丙烯,(CB),、聚四氟乙烯,(CF),、聚碳酸脂（,CLS,）等薄膜电容。精密、温度特性好、低漏电流。,类型：,1.,金属箔,/,膜电容,金属箔作为电极。极低的,ESR,，可以承受很高的,dV/dt,和交流电流。体积大，价格高。容量小（低于,0.01,F),2.,金属化电容,喷涂在介质铝层作为电极。,ESR,大，较低的,dV/dt,和交流电流能力。体积小，价格低，有自愈能力。容量大。,31,使用：,相同容量金属箔常用于脉冲、交流高压、缓冲电路（,snubber,）和谐振电路。,例如二极管缓冲电容选择步骤：,1),不接,C,测量示波图振荡频率,f,c,;2),在,D,上并联,C,x,观察示波图使振荡频率,f,m,=f,c,/,2,电路等效分布电容,C,C,x,/,3;3),分布电感为,L,1/,（,2f,c,),2,C;4),选择,5),选择电容,电阻功耗：,d,V/,d,t,要求：应当大于,U,o,/t,rr,32,金属化电容在局部击穿时产生高温，金属箔蒸发不会短路，电容量减少极小，这种现象就是所谓自愈能力，体积小，价格低。这类电容除了一般应用以外，常用于电磁兼容的,X,电容和,Y,电容。,对,X,电容可选得大一些（典型值为,0.1F,1F,），电压定额,2500V,安全要求漏电流不得大于,工频泄漏电流为,0.25,3.5mA,（由产品标准定）,常选,1,4.7nF,，,2.2nF,为典型值，电压,3000V,33,金属化聚碳酸酯膜介质,CLS,体积小，耐高温、温度系数小、绝缘电阻高、自愈性。常应用于逻辑控制电路、延时、积分、滤波、耦合和移相电路。,*金属化电容不使用在低电容、小于,0.01,F,、谐振电路、吸收电路和低噪声。,壳温升不超过,15C,，高温环境壳温不超过最高允许温度。,34,2.,无机介质电容,云母电容：,云母片为介质，浸银后形成电极。,电容量在数,pF,到,1,F,；,电压定额在,50Vdc,到,2500V,-55,150,内电容量,漂移不超过,0.5%,比有机介质箔电容更高的,dV/dt,能力,体积较大，成本较高。适合于定时、缓冲电路和高频交流电路使用,。,35,陶瓷介质电容,：,介质成分,是钛酸盐、铌镁酸铅等,分类：,3,类,1,类：,高精度，,1pF,到几个,mF,；,1,类：高精度，,1pF,到几个,mF,；,2,类：,独石电容，和,1,类相同的壳体，容量是以上电容,2070,倍，但在温度,55,125,范围内变化大约,10%,，最大变化为,15%,25%,；,3,类,：电容容量是,2,类大约,5,倍，电容量随电压和温度变化较大。温度范围,25,85,，电容变化大约,20%,65%,36,使用,1,类,用于定时、谐振电路和需要补偿温度效应的电路，也适合要求低损耗和高绝缘电阻的一般电路中使用。,在收音机、电视机、收录机等电子产品种要求容量稳定的交直流的脉冲电路中使用。在收音机、电视机、收录机等电子产品种要求容量稳定的交直流的脉冲电路中使用。,2,类电容量大，外形尺寸小。电路中用于隔直流、旁路耦合、滤波和对损耗和容量稳定性要求不高的场合。,3,类,容量大，但要求不高的地方，价格低廉。多层陶瓷电容，代替低压电解电容,ESR,特地，影响闭环设计，断裂为主要失效模式。,37,四、开关电源中电容器,1,、输入,EMC,滤波、整流和,PFC,C,1,C,2,C,3,C,4,C,5,C,6,C,7,U,i,U,oHV,C,8,220V,50Hz,A,B,38,C,1,C,4,EMC,差模（常模）滤波：,一般采用有机介质金属化交流电容。通常称为,X,电容。,C,2,C,3,EMC,共模滤波：,一般称为,Y,电容。通常采用高压一类陶瓷电容，或高压金属化电容。要求较低的,ESR,。数值受安全泄漏电流,(80dB),。输入是差动放大器减少飘移；输出通常是,OCL,电路减少输出电阻。,单电源与双电源：,一般,NPN,输入为双电源，如一个输入为直流基准，另一个输入为电压取样，也可使用双电源；,PNP,输入为单电源。,小信号放大：输入信号小于,10mV,时，要考虑,I,os,，,U,os,和,I,b,。,43,运放,波形变换时，不要用运放做比较器,S,R,如果放大交流信号，要注意选择的运放增益带宽积比系统,BW,高。,尽量采用反相放大器，避免过高的,CMR,要求,。,放大器反馈电阻不要小于,2k,44,比较器,也是高增益直流放大器，但,SR,高。,输出有,OC,和,OCL,通常使用开环（单门限）或正反馈（双门限）。前者多用于波形变换，后者多用于保护。,如果门限要求精确，在反馈回路中增加二极管,45,保险丝,或称熔断器，串联在电路中，作为过流保护,定额：电流有效值，额定电压,类型：慢熔延时型，双元件慢熔型，快速型，很快速型,慢熔型保险丝对启动,浪涌不敏感，可承受,20,倍额定电流冲击，同时对过载较长时间才保护。通常用于启动冲击电流大的电动机，变压器，白炽灯和电容负载保护。实际试验标明，如果工作电流不大于手册定额的,25,保险丝寿命在室温（,25,）将是无限长。,46,保险丝选择,快速型保险丝不耐冲击，短时间过流就会断开，一般按电路满载额定电流的,150,300,选择保险丝定额。,额定工作电流：保险丝额定电流典型降低,25,，以避免误动作。例如，保险丝电流定额,10A,一般不推荐工作电流大于,7.5A,；,具有,I,2,t,特性，过流断开时间长短与过流倍数呈反延时特性。过流倍数越大，熔断时间越短。,应当选择保险丝的断开额定电压与电路电压对应；,必须知道电路冲击电流，浪涌电流，和启动电流特性在保险丝技术指标范围内。,47,超过保险丝的额定环境温度，保险丝电流应当降额；常温条件下，不大于额定电流的,25,使用，寿命无限长；,所选择的保险丝应当符合,UL,CSA,和,VDE,安全要求,；,应当考虑低的安装成本，更换容易等等。,更换时，快速代替快速，慢熔代替慢熔。总是用相同电流和相同电压定额代替。,