資料介紹
電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展推動(dòng)了電源技術(shù)這一領(lǐng)域的飛速前進(jìn),同時(shí)也給電源工程技術(shù)人員帶來了前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn),小到家用電器,大到大型電力行業(yè)所用的儀器設(shè)備,無不需要電源來提供能源,這也更需要大量具有電源專業(yè)知識(shí)水平的工程師來完成設(shè)計(jì)和開發(fā)。
而電源工程師主要是指從事開關(guān)、通訊、設(shè)備等電源的設(shè)計(jì)與研發(fā)工作的相關(guān)人員。
那么,一個(gè)成熟的電源工程師是怎樣工作的呢?主要有十點(diǎn):
一:接過電源設(shè)計(jì)要求!評(píng)估成本,定可行性方案。
二:根據(jù)客戶報(bào)價(jià)!給定大體的元件成本與生產(chǎn)成本,可行性電路。
三:構(gòu)想出原理圖!確定所選取的功率管,變壓器,最穩(wěn)定最簡(jiǎn)單生產(chǎn)又方便的原理方案。
四:根據(jù)原理圖,客戶給定的樣板要求或外殼要求設(shè)計(jì)PCB。
五:根據(jù)原理圖,裝配合適元件,對(duì)電器參數(shù)調(diào)整。讓本機(jī)在最低要求下能正常工作。
六:上負(fù)載測(cè)試,功率達(dá)80測(cè)式,檢查輸出波形,電壓要求,電磁性能,功率管溫度,電壓穩(wěn)定度,轉(zhuǎn)換效率。在這一個(gè)程中,對(duì)電子元件進(jìn)行合適的參數(shù)調(diào)整。
七:強(qiáng)化測(cè)試!也就是超負(fù)何,短路,低壓,過壓,強(qiáng)溫,防震等測(cè)試。
八:根據(jù)樣板確定原理圖準(zhǔn)確的參數(shù),定好方位圖,物料圖,發(fā)給生產(chǎn)部,倉管,跟單員,對(duì)樣板進(jìn)行小批量生產(chǎn)。
九:對(duì)樣板進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試,各種性能OK,由業(yè)務(wù)員發(fā)給客戶評(píng)估。OK了,可以量產(chǎn)。
十:以后生產(chǎn)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行跟蹤,改良,以最短時(shí)間,最好質(zhì)量給客戶出貨。
以上十點(diǎn),沒提過工程師的參數(shù)是如何得出來的。
其實(shí),工程師所有參數(shù)是從經(jīng)驗(yàn)與調(diào)試中出來的。我們?cè)O(shè)計(jì)電源,對(duì)參數(shù)的計(jì)算95%是不要的。比如逆變器,1000W,可以用兩個(gè)55,因?yàn)槊總€(gè)都能達(dá)500,也可以用4個(gè)40,因?yàn)槊總€(gè)40可以達(dá)350W。變壓器,哪用算呢!不過要有經(jīng)驗(yàn)。
當(dāng)然你也可以參考完成的產(chǎn)品來定!線圈數(shù),我們也要給驗(yàn)。電路參數(shù),對(duì)于電子元件,就那幾個(gè):電阻,電容,二極管,三極管,電感,熱敏,壓敏,場(chǎng)管,變壓器,保險(xiǎn),集成電路等。
各個(gè)元件的組合,也就是我們的基本電路:放大,濾波,隔離,信號(hào)源,穩(wěn)壓,比較,電流放大,電壓放大等常駐用電路。當(dāng)然還要加上自己想出來的一些獨(dú)立電路!
所以,可以把電源板看成一個(gè)統(tǒng)一體,然后有所需用常用電路相拼。這樣就能得出一款好的產(chǎn)品。對(duì)于新產(chǎn)品,要用自己比較了解又有把握的電路!如不是,設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品,在生產(chǎn)上問題就會(huì)非常多!
電源用通常理解的話說:是一種可以為電子電器提供合適電壓,電流,波形與頻率的轉(zhuǎn)換裝置!比如:直流電源,可以理解為頻率為零,波形為直線的電源。交流電源,可以理解為電壓交替變換(正負(fù)在兩電極間轉(zhuǎn)換),有頻率,波形的電源!
不管哪一種電源,都可以用微分積分?jǐn)?shù)學(xué)把它在任一點(diǎn)時(shí)間內(nèi)的值求解,且有唯一解,比如:方波,是有無數(shù)量級(jí)的正弦波組成,因此,方波可以分解為奇次諧波與牛次諧波,我們一般取值3次諧波就可以滿足要求,占功率最大部分是基波。
由于現(xiàn)在的電源采用的變壓器基本上為高頻磁心,所以場(chǎng)效應(yīng)管就成為主要的功率器件!大家都明白,場(chǎng)效應(yīng)管是工作在開關(guān)狀態(tài)的,所以以它作為功率管,電源輸出的都是脈沖方波,因此場(chǎng)效應(yīng)管為功率的電源都帶有很大份量的諧波與基波!
對(duì)于場(chǎng)效應(yīng)管為開關(guān)功率管的電源,還要明白的就是:場(chǎng)效應(yīng)管所生產(chǎn)的損耗90%是在開通至關(guān)斷的時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的,因?yàn)殚_通與關(guān)斷時(shí)間內(nèi)都有一個(gè)很大的瞬間電阻!所以解決開關(guān)電源問題,其實(shí)主要的工作就是如何減小開通,關(guān)斷損耗,對(duì)于諧波,可以通過濾波器來解決!
我們還有一點(diǎn)要明白的就是:場(chǎng)效應(yīng)管對(duì)瞬間變化的電壓很敏感,所以給它供電的電源必須電壓要穩(wěn)定!
最后要明白的就是:它的柵極電阻很大,一點(diǎn)點(diǎn)電壓就可以讓其開通,基本上不要求有電流。所以場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制元件。
使用好場(chǎng)效應(yīng)管的注意事項(xiàng):
1、供電電壓要穩(wěn)定。
2、控制好開通,關(guān)斷損耗。
3、適當(dāng)降低柵極電阻,防止誤導(dǎo)通。
4、要有低通放電電路與速充電電路,因?yàn)閳?chǎng)管是柵極有電容,其電容充電要快,放電也要快!所以要用圖騰柱電路。
如何設(shè)計(jì)一款好電源:
第一:確定你的電源功率與輸入電壓。由電源功率選擇開關(guān)管的開關(guān)電流,變壓器體積,輸入電壓確定開關(guān)管的耐壓與變壓器輸入圈數(shù)。
第二 :不管何種電壓,電源功率,用到場(chǎng)管都要有低通放電與速充電電路。
第三:變壓器要有吸收電路,把諧波吸收。
第四:場(chǎng)管柵極內(nèi)阻要用電阻接地拉低。
第五:要選擇合適的開關(guān)頻率,保證靜太損耗最小的同時(shí),場(chǎng)管轉(zhuǎn)換效率最高。
第六:對(duì)于輸入電壓超過75V時(shí),要考濾諧振電路作為負(fù)助功能電路。
第七:功率過大時(shí),要考濾PFC電路接入設(shè)計(jì)中。
第八:驅(qū)動(dòng)信號(hào)要穩(wěn)定!且要有5V以上。
不管是開關(guān)電源,逆變電源,高頻設(shè)計(jì)成為主要的技術(shù)手段與主流!對(duì)于很多沒計(jì)過電源或是對(duì)電源設(shè)計(jì)還未達(dá)到項(xiàng)目開發(fā)能力的人來說,一想到設(shè)計(jì),就會(huì)想到各種各樣的計(jì)算模式!這種想法是對(duì)的,但做法是錯(cuò)的!
真正的電源高手從來不去計(jì)算太多的。就算元件有1000個(gè),也不會(huì)動(dòng)筆去算得太多!但出來的電源卻是效果超好。
再談一下電源設(shè)計(jì)工具
電源設(shè)計(jì)過程是一項(xiàng)極為艱難的工作,從對(duì)復(fù)雜電路的理解到尋求芯片經(jīng)銷商的幫助,沒有一件是輕松容易的事情。分享幾種主流的電源設(shè)計(jì)工具,利用現(xiàn)有的一些軟件和硬件工具,降低電源設(shè)計(jì)的復(fù)雜度,將電源設(shè)計(jì)真正掌握在自己手中。
1、SIMetrix/SIMPLIS
SIMetrix/SIMPLIS美國Transim公司開發(fā)的軟件包。它包含兩個(gè)仿真內(nèi)核-SIMetrix和SIMPLIS,共用一個(gè)原理圖編輯界面,界面簡(jiǎn)單,相對(duì)更容易掌握。其中SIMetrix是在SPICE和XSPICE基礎(chǔ)上開發(fā)出來的混合信號(hào)電路仿真器,它和其他SPICE類仿真軟件類似,可以精確分析電路元件工作的暫態(tài)過程。SIMPLIS是以狀態(tài)空間法為基礎(chǔ)的仿真內(nèi)核,它的元器件采用分段線性的建模方式,運(yùn)算效率很高,仿真速度是一般SPICE類仿真軟件的10到50倍。并可以直接進(jìn)行開關(guān)電源的小信號(hào)分析。適合于電源系統(tǒng)分析,設(shè)計(jì)和優(yōu)化。
SIMetrix SPICE本質(zhì)上和PSpice等仿真軟件相似,此外還它還提供了豐富的分析模式,以AC分析為例,標(biāo)準(zhǔn)SPICE只能進(jìn)行頻率掃描,SIMetrix SPICE可以提供5種掃描模式。例如通過對(duì)固定頻率下的放大器直流輸入電壓掃描,查看輸入偏置及其增益的關(guān)系曲線,或進(jìn)行放大器源電阻噪聲掃描分析給出優(yōu)化值等等。同時(shí)可對(duì)電路做蒙特卡羅等分析,優(yōu)化電路性能。
SIMPLIS是“Simulation For Piecewise Linear System”首字母縮寫詞。專門為開關(guān)電源系統(tǒng)的快速建模仿真而設(shè)計(jì)。SIMPLIS對(duì)非線性器件采用分段線性建模,將一個(gè)完整的系統(tǒng)定義為線性電路拓?fù)涞难h(huán)序列,以描述開關(guān)電源系統(tǒng)中半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性。因此可以取得很高的速度,同樣硬件配置下,其仿真速度比SPICE類軟件快10到50倍,這一特點(diǎn)是SIMPLIS在工程應(yīng)用中尤其是電源行業(yè)里與其他仿真軟件競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)所在。其缺點(diǎn)在于分段線性模型沒有利用非線性方程描述的SPICE模型精確,因此在模擬實(shí)際電路波形方面,如開關(guān)電流,電壓尖刺等開關(guān)暫態(tài)過程可借助SIMetrix。
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