電源是所有電子/電力設備(以下簡稱設備)的心臟,為設備的工作提供其所需要的能量,因為設備的不同,所以需要的電源輸出端口也是有所區別的,另外多數設備又有個相同的問題:電源端口會受到浪涌電流的威脅,當然FAE工程師們也會根據設備電源端口的防護等級,進行過流防護方案的設計,所以本篇的重點在基于自恢復保險絲的電源端口作過流保護的解決方案及電源端口過流防護器件的選型。身處電子行業,電源可太重要了,是我們每天都會接觸到的物品,那么,你對電源內部構造結構了解多少呢?電源不像處理器,可以看規格知性能;電源也不像顯卡,由一顆關鍵的GPU來決定檔次。一款好的電源除了滿足功率需求以外,還必須考量穩定、節能、靜音、安全等多方面的因素。在沒有專業設備進行檢測的情況下,我們只有了解一些電源的基本原理和元器件知識,才能做到對電源“一目了然”。一、二級EMI濾波電路。這部分的作用是將外部電網進入的市電進行過濾,得到比較純凈的交流電供后續使用,PFC電路的作用是在交流電轉換成直流電的過程中減少諧波,降低對室內電網和市電電網的干擾,減少市電損耗,高壓濾波電容的作用是凈化高壓直流電,為后續的高低壓轉換提供相對“純凈”的電流,電源拓撲就是指電源的整體結構,它直接影響到電源的轉換效率,低壓濾波電路的電感線圈的作用是穩定輸出端的電壓和電流,與電腦硬件系統的穩定使用有直接的關系,散熱片在變壓器和開關電路進行電壓轉換時,會產生大量的熱量,因此需要散熱片迅速轉移熱量。
對電流過大的保護可以使用保險絲或者自恢復PTTC(聚合正溫度系數)器件的形式,決定到底是使用PTTC器件還是使用一次性的保險絲取決于電源端口過流防護方案的設計,該設備可能接觸到的危險的類別,以及相關的安全要求。PTTC器件通常被運用于啟動時有高瞬間起峰電流的電路。PTTC元件能適應瞬間起峰電流,可幫助降低保險絲燒斷的損害,保險絲則很合適于那些不希望自恢復的電路設計中,或者適于只有在系統失敗的情況下才會發生故障的電路中。當用軟啟動的電路來限制瞬間起峰電流時,使用它們也是一個可行的解決辦法,自恢復保險絲又稱為高分子聚合物正溫度熱敏電阻PTC,是由聚合物與導電粒子等構成。從外面看起來,電源的個頭也就比一塊“板磚”大一點,但它“肚子”里裝的東西可著實不少。拆開外殼,我們能看到數以百計的、各式各樣的電子元器件和復雜交錯的線纜,不免讓人眼暈。俗話說“擒賊先擒王”,在觀察電源時,我們也應該著重留意以下幾個部分。
當正常工作電流通過(或器件處于正常環境溫度)時,PTC自恢復保險絲呈低阻狀態;當電路中有異常過電流通過(或環境溫度升高)時,大電流(或環境溫度升高)所產生的熱量使聚合物迅速膨脹,也就切斷了導電粒子所構成的導電通路,PTC自恢復保險絲呈高阻狀態;當電路中過電流(超溫狀態)消失后,聚合物冷卻,體積恢復正常,其中導電粒子又重新構成導電通路,PTC自恢復保險絲又呈初始的低阻狀態。在正常工作狀態自恢復保險管的發熱很小,在異常工作狀態它的發熱很高阻值就很大,也就限制了通過它的電流,從而起到了保護作用。哪些是高壓濾波電容?很簡單,電源里面最高、最大的電容即是(1~2顆)。比較電容時,原則上只能與同類型的電源相比,因為在相同功率下,被動式PFC電源所需的電容容量比主動式要大。
在同級比較時,我們可以看到高壓濾波電容的容量、耐壓值和耐溫值,理論上這三項數值越大越好。電源采用主動式PFC,因此使用容量為330μF的高壓濾波電容就能滿足需求,該電容的耐壓值為400V,耐溫值為85℃,簡單說來,在前幾年電源的拓撲可分為半橋式和正激式兩種,現在基本以正激式為主。半橋式是傳統的電源結構,通常轉換效率不高;而正激式結構轉換效率容易做到80%以上。在進行分辨時,我們不妨采用排除法:在半橋式電源的中央,必定有三個變壓器,并且一大兩小,排成一條直線;如果你的電源不是這種結構,那么恭喜你,這多半是正激式電源。在低壓濾波電路部分,我們主要看電感線圈的大小、匝數和顏色。自然是線圈越大、匝數越多越好;至于顏色,理論上從優到劣分別為灰色、黑色、淺綠色和黃色,電感越好損耗越小。散熱片的作用不需多說,發熱量較大的開關管和肖特基管都常常安裝在散熱片上。目前市售電源普遍采用鋁質散熱片,通常越厚越好;同時為了在有限的空間內擴大散熱面積,大部分散熱片都開有鰭片,理論上鰭片越多越好。
一般LED燈是分成很多串接支路。我們可以在每個支路的前面加一支PPTC器件分別進行保護。這種方式的好處是精確性高,保護的可靠性好。所有支路的前面加接一支PPTC器件,對整燈進行保護。這種方式的好處是簡單,不占體積。對于民用產品來說,這種保護在實際使用中的結果還是令人滿意的。另外,貼片自恢復保險絲可提供電源端口在達到使用期限時的保護和精密元器件的故障保護。自復保險絲具有可自動復原的性能,可減少產品的返修和服務的次數,從而降低成本。自復保險絲的體積小,在電路板上占用的空間小,便于設計。
二級EMI濾波電路,國家3C認證強制要求上市的電源必須通過EMI防電磁輻射認證,因此合格的電源都應該具有EMI濾波電路,一級EMI濾波電路位于電源接口處,做工更好的電路還具有獨立PCB板和電感線圈,二級EMI濾波電路通常在電源的主PCB板上,由電感線圈和電容等元器件組成,不過低端電源往往只有一級EMI濾波電路,稍好一點的電源都應該具有完整的一、二級EMI濾波電路,PFC電路分為被動式和主動式兩種,現在大部分電源都是采用的主動式PFC,被動式PFC均采用這種“大個頭”的電感,主動式PFC的電感線圈往往位于高壓濾波電容的前方,被動式PFC的功率因數普遍在0.7左右,主動式PFC的功率因數則高達0.9以上,明顯優于被動式PFC。兩者的分辨也相當容易。 |