变压器的基本知识1

变压器的基本知识shuyun 6-30 13:17

变压器几乎在所有的电子产品中都要用到，它原理简单但根据不同的使用场合（不同的用途）变压器的绕制工艺会有所不同的要求。变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等，变压器常用的铁心形状一般有E型和C型铁心。

一、变压器的基本原理

图1是变压器的原理简体图，当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通ф1，它沿着铁心穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2，同时ф1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而了I1的大小。为了保持磁通ф1的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流”。

如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2，并因此而产生磁通ф2，ф2的方向与ф1相反，起了互相抵消的作用，使铁心中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级负载电流加大时I1增加，ф1也增加，并且ф1增加部分正好补充了被ф2所抵消的那部分磁通，以保持铁心里总磁通量不变。如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。

二、变压器的损耗

当变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁心流动，因为铁心本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会感应电势，这个电势在铁心的断面上形成闭合回路并产生电流，好象一个旋涡所以称为“涡流”。这个“涡流”使变压器的损耗增加，并且使变压器的铁

心发热变压器的温升增加。由“涡流”所产生的损耗我们称为“铁损”。另外要绕制变压器需要用大量的铜线，这些铜导线存在着电阻，电流流过时这电阻会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热量而消耗，我们称这种损耗为“铜损”。所以变压器的温升主要由铁损和铜损产生的。

由于变压器存在着铁损与铜损，所以它的输出功率永远小于输入功率，为此我们引入了一个效率的参数来对此进行描述，η=输出功率/输入功率。

三、变压器的材料

要绕制一个变压器我们必须对与变压器有关的材料要有一定的认识，为此这里我就介绍一下这方面的知识。

1、铁心材料：

变压器使用的铁心材料主要有铁片、低硅片，高硅片，的钢片中加入硅能降低钢片的导电性，增加电阻率，它可减少涡流，使其损耗减少。我们通常称为加了硅的钢片为硅钢片，变压器的质量所用的硅钢片的质量有很大的关系，硅钢片的质量通常用磁通密度B来表示，一般黑铁片的B值为6000-8000、低硅片为9000-11000，高硅片为12000-16000，

2、绕制变压器通常用的材料有

漆包线，沙包线，丝包线，最常用的漆包线。对于导线的要求，是导电性能好，绝缘漆层有足够耐热性能，并且要有一定的耐腐蚀能力。一般情况下最好用Q2型号的高强度的聚脂漆包线。

3、绝缘材料

在绕制变压器中，线圈框架层间的隔离、绕阻间的隔离，均要使用绝缘材料，一般的变压器框架材料可用酚醛纸板制作，层间可用聚脂薄膜或电话纸作隔离，绕阻间可用黄腊布作隔离。

4、浸渍材料：

变压器绕制好后，还要过最后一道工序，就是浸渍绝缘漆，它能增强变压器的机械强度、提高绝缘性

能、延长使用寿命，一般情况下，可采用甲酚清漆作为浸渍材料。

电工学名词解释

要学好电工技术必须要对在电工学上的一些物理量的概念有所理解，为此本人将一些常用的电工学名词汇总并作注解：

1、电阻率---又叫电阻系数或叫比电阻。是衡量物质导电性能好坏的一个物理量，以字母ρ表示，单位为欧姆*毫米平方/米。在数值上等于用那种物质做的长1米截面积为1平方毫米的导线，在温度20C时的电阻值，电阻率越大，导电性能越低。则物质的电阻率随温度而变化的物理量，其数值等于温度每升高1C时，电阻率的增加与原来的电阻电阻率的比值，通常以字母α表示，单位为1/C。

2、电阻的温度系数----表示物质的电阻率随温度而变化的物理量，其数值等于温度每升高1C时，电阻率的增加量与原来的电阻率的比值，通常以字母α表示，单位为1/C。

3、电导----物体传导电流的本领叫做电导。在直流电路里，电导的数值就是电阻值的倒数，以字母ɡ表示，单位为欧姆。

4、电导率----又叫电导系数，也是衡量物质导电性能好坏的一个物理量。大小在数值上是电阻率的倒数，以字母γ表示，单位为米/欧姆*毫米平方。

5、电动势----电路中因其他形式的能量转换为电能所引起的电位差，叫做电动势或者简称电势。用字母E表示，单位为伏特。

6、自感----当闭合回路中的电流发生变化时，则由这电流所产生的穿过回路本身磁通也发生变化，因此在回路中也将感应电动势，这现象称为自感现象，这种感应电动势叫自感电动势。

7、互感----如果有两只线圈互相靠近，则其中第一只线圈中电流所产生的磁通有一部分与第二只线圈相环链。当第一线圈中电流发生变化时，则其与第二只线圈环链的磁通也发生变化，在第二只线圈中产生感应电动势。这种现象叫做互感现象。

8、电感----自感与互感的统称。

9、感抗----交流电流过具有电感的电路时，电感有阻碍交流电流过的作用，这种作用叫做感抗，以Lx 表示，Lx=2πfL.

10、容抗----交流电流过具有电容的电路时，电容有阻碍交流电

流过的作用，这种作用叫做容抗，以Cx表示，Cx=1/12πfc。

11、脉动电流----大小随时间变化而方向不变的电流，叫做脉动电流。

12、振幅----交变电流在一个周期内出现的最大值叫振幅。 13、平均值----交变电流的平均值是指在某段时间内流过电路的总电荷与该段时间的比值。正弦量的平均值通常指正半周内的平均值，它与振幅值的关系：平均值=0.637*振幅值。

14、有效值----在两个相同的电阻器件中，分别通过直流电和交流电，如果经过同一时间，它们发出的热量相等，那么就把此直流电的大小作为此交流电的有效值。正弦电流的有效值等于其最大值的0.707倍。

15、有功功率----又叫平均功率。交流电的瞬时功率不是一个恒定值，功率在一个周期内的平均值叫做有功功率，它是指在电路中电阻部分所消耗的功率，以字母P表示，单位瓦特。

16、视在功率----在具有电阻和电抗的电路内，电压与电流的乘积叫做视在功率，用字母Ps来表示，单位为瓦特。

17、无功功率----在具有电感和电容的电路里，这些储能元件在半周期的时间里把电源能量变成磁场（或电场）的能量存起来，在另半周期的时间里对已存的磁场（或电场）能量送还给电源。它们只是与电源进行能量交换，并没有真正消耗能量。我们把与电源交换能量的速率的振幅值叫做无功功率。用字母Q表示，单位为芝。

18、功率因数----在直流电路里，电压乘电流就是有功功率。但在交流电路里，电压乘电流是视在功率，而能起到作功的一部分功率（即有功功率）将小于视在功率。有功功率与视在功率之比叫做功率因数，以COSφ表示。

19、相电压----三相输电线（火线）与中性线间的电压叫相电压。 20、线电压----三相输电线各线（火线）间的电压叫线电压，线电压的大小为相电压的1.73倍。

21、相量----在电工学中，用以表示正弦量大小和相位的矢量叫相量，也叫做向量。

22、磁通----磁感应强度与垂直于磁场方向的面积的乘积叫做磁通，以字母φ表示，单位为麦克斯韦。

23、磁通密度----单位面积上所通过的磁通大小叫磁通密度，以字母B表示，磁通密度和磁场感应强度在数值上是相等的。

24、磁阻----与电阻的含义相仿，磁阻是表示磁路对磁通所起的阻碍作用，以符号Rm表示，单位为1/亨。

25、导磁率----又称导磁系数，是衡量物质的导磁性能的一个系数，以字母μ表示，单位是亨/米。

26、磁滞----铁磁体在反复磁化的过程中，它的磁感应强度的变化总是滞后于它的磁场强度，这种现象叫磁滞。

27、磁滞回线----在磁场中，铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示，当磁化磁场作周期的变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线，这条闭合线叫做磁滞回线如图28、基本磁化曲线----铁磁体的磁滞回线的形状是与磁感应强度（或磁场强度）的最大值有关，在画磁滞回线时，如果对磁感应强度（或磁场强度）最大值取不同的数值，就得到一系列的磁滞回线，连接这些回线顶点的曲线叫基本磁化曲线。

29、磁滞损耗----放在交变磁场中的铁磁体，因磁滞现象而产生一些功率损耗，从而使铁磁体发热，这种损耗叫磁滞损耗。

30、击穿---绝缘物质在电场的作用下发生剧烈放电或导电的现象叫击穿。

31、介电常数---又叫介质常数，介电系数或电容率，它是表示绝缘能力特性的一个系数，以字母ε表示，单位为法/米。

32、电磁感应---当环链着某一导体的磁通发生变化时，导体内就出现电动势，这种现象叫电磁感应。

33、趋肤效应---又叫集肤效应，当高频电流通过导体时，电流将集中在导体表面流通，这种现象叫趋肤效应。

开关整流器技术概述admin 6-24 11:25 1 引言

智能高频开关电源系统，以开关整流器为基础，结合交直流配电、

智能化控制器并配有集中监控模块的应用，使电源系统功能不断趋于完善，监测、控制、显示清晰明了，并可以和监控系统通信，实现远距离遥控、遥信、遥测和无人值守。

开关整流器是电源系统中最重要的部分，它的技术是否先进，关系着开关电源系统的功能和可靠性。因此，一些自主开发的厂商很注重开关整流器技术性能的改进，其目的是使开关整流器的可靠性和效率得到很大提高，使其成本和高频电磁干扰降低。

2 恒功率整流器技术

恒功率整流器，其突出特点是在规定的交流输入电压和直流输出电压范围内，均能给出额定功率。即在蓄电池低电压时，仍能输出更大的电流。这种采用恒功率设计的新型智能高频开关电源系统，是通信电源构思上的一个飞跃，也是现代通信电源设备的最优选择。

在普通限流型整流器中，根据蓄电池的贮能情况，其输出特性可分为两个不同的阶段，即恒流和恒压阶段。在恒流阶段，其输出电流保持不变，即对蓄电池进行恒流充电；在恒压阶段，其输出电压保持不变，即对蓄电池进行恒压充电。在恒流阶段，如果欲使负载电流超过限流值，则整流器输出电压将随电流增加而快速下降直到整流器过流关闭。其额定电流、限定电流及过流值都很接近，因此，采用限流型整流器设计的开关电源系统，给已放电的蓄电池在某一特定的充电时间内进行充电，所能提供的最大输出电流就不可能是通信设备所需最大负载。究竟以多大的电流对已放电的蓄电池再充电，通常要从通信设备所需的最大负载、停电后蓄电池放电的安时数和恢复蓄电池容量所需的充电时间等三个方面来考虑。一般要留出33%~45%额定电流给停电后已放电的蓄电池再充电。这也就相当电源系统中33%以上整流模块长期处在备用状态而未被充分利用。显然，这种电源系统设计不是最优设计。

恒功率整流器与限流型整流器不同之处，是在恒压和恒流阶段中插入一个恒功率阶段，这就是所谓恒功率整流器。该整流器工作在三个不同输出阶段，即恒压、恒功率和恒流阶段，恒压和恒流阶段的工作情况，与限流型整流器完全相同，符合国家有关标准规定。所不同

的是在恒功率阶段，整流器输出功率保持不变，但其输出电压可从60V随着电流增加而线性地减小至43V，此时，系统仍处在正常工作状态。整流器具有这一特性，就能为已放电的蓄电池提供更大的充电电流和更快速充电。因此，采用恒功率整流器设计的开关电源系统，一般只需考虑电信设备最大负载和一个整流器的冗余，就可以确定电源系统的额定输出功率。这与采用限流型开关电源系统相比较，所需的整流功率和所需的整流模块数量至少可以减少33%以上，这也就为用户极大地节约了投资。

3 相移谐振脉宽调制技术

相移谐振脉宽调制与普通PWM电路的区别，可用全桥式变换器来说明，即在高频变压器初级电路中串入了一个谐振电感并加上两个小电流箝位二极管。但是，两者在开关管驱动方式上区别很大。普通PWM电路的驱动方式是使位于逆变桥对角的2只开关管同时导通或同时关断。在开关管截止后，每只管的结电容上都储存了一定的能量。当开关管导通时，这些能量将通过开关管放掉，额外增加了开关损耗。由于这时电流变化率很大，产生的电磁干扰以及开关管在开关瞬间承受的功耗峰值也很大。

在相移谐振脉宽调制电路中，为了实现零电压导通，使逆变桥中位于同一侧上、下两个开关管交替截止与导通转换间设置一死区，死区时间应等于或略大于二分之一谐振周期。即当上端的开关管关断后，谐振电感和结电容产生振荡直至下端开关管电压为零后，才驱动下端开关管导通，即零电压导通。结电容中储存的能量输出到高频变压器次级或回馈到了电源，不会造成损失。

在硬开关方式中，一个几百瓦的开关管在开关瞬间要承受几千瓦的功率峰值，其电应力往往会在20多秒内把开关管损坏。而软开关技术降低了开关管在导通与关断时所承受的应力，减少了开关损耗，使开关管发热量减少，温升降低，效率自然提高，同样使开关管的可靠性显著提高。另外，采用软开关技术可使EMC费用降低，散热器费用减少并可使选用的开关参数余量减少，允许开关管工作在更高的温度上，从而使产品的成本降低了。意科公司生产的48V/40A、48V/50A

整流器测试数据表明，软开关技术可使开关损耗降到可忽略程度，功率变换部分的效率可达到94%。

4 有源功率因数校正技术

普通开关整流器大多数采用电容器滤波。这种滤波电路，只有输入电压超过滤波电容储存电压时

才导通。因此，输入电流成脉冲波形，且谐波电流很大，造成功率因数下降。低功率因数开关电源的使用，严重污染了电网，干扰了其它设备，增大了前级设备（如变压器、电缆传输、柴油发电机等）的功率定额，使供电系统容量至少要增大30%以上，使用户增加了投资。对于三相四线输入，当三相负载不平衡时，零线电流会很大。从实际运行结果来看，低功率因数的开关电源所带来的危害是很严重的，这是因为输入电流有很高的峰值，含有大量的高次谐波，不但产生严重电磁干扰，还使供电变压器产生大的电磁应力，噪音增大，铁损严重，温升剧增。因此，在整流器设计中，认真设计好功率因数校正电路是至关重要的。

有源功率因数校正电路，通常使用Unitrode公司的UC3854控制芯片。采用固定高频谐振软开关脉宽调制升压式变换电路，平均电流型控制方法。为使有源功率因数电路做得更好，可加入一个升压缓冲器，这种电路通常有两种形式，一种是加入一个零压主开关和一个零流辅助开关，但零流辅助开关的驱动和控制电路较复杂，造价较高；另一种缓冲器，只采用一个零流主开关，而不用辅助开关，因此，这种电路造价低，设计方便，也由于没有零压开关，这就阻止了开关频率的增加。由于采用了升压缓冲器，从而极大地降低了高压二极管和大功率VMOS管的开关损耗，并大大降低了电磁干扰。该电路的输入端串入阻值很小（约50mΩ）的采样电阻，流经采样电阻的实际电流与全波整流100Hz 正弦输入电压比较，并通过反馈，使输入电流波形跟踪电压波形，这样整流器基本上工作在纯电阻状态。

采用UC3854芯片的功率因数校正电路属于电流电压复合控制系统。它在调整输入电流跟踪输入电压的同时，通过芯片内部的乘法器也在同时调整输出电压，使输出电压稳定在400V左右。为后一级全桥

变换器提供不受输入交流电压影响的稳定直流电压。这就方便了全桥变换器的优化设计。由于电压稳定，全桥DC/DC变换器可以采用最佳变比，高频变压器、滤波电感、开关管及二极管都可工作在最佳状态，效率也有提高。

5 用一个主频同步控制PFC、DC/DC变换器和辅助开关电源 有源功率因数校正器(APFC)实际上是一个高频脉宽调制升压变换预调器。它的输出电压通常比交流输入峰值电压高。接在功率因数校正器输出端作为能量储存用的电解电容器，在开关管截止时，升压电感器储存的能量将通过升压二极管对其充电。而接在电解电容器下一级的DC/DC全桥变换器所需的电流是通过软开关脉冲控制从电解电容器放电中得到。

在普通开关电源中，由于DC/DC变换器开关频率和功率因数校正器开关频率不一样。因此，在电解电容器充放电过程中，电解电容器电压不会处在一个稳定电压上。通常是在400 V基础上，加上电解电容器充放电的脉冲电压，脉动电压峰-峰值很大，常会造成电解电容损坏，这是一个不容忽视的问题。

在功率因数校正器和DC/DC变换器中，采用一个主频同步控制功率因数校正器的开关管和

DC/DC变换器中的软开关同时工作。当使通过升压二极管的充电电流和通过DC/DC变换器的电流尽可能重叠时，即电解电容器同时充放电时，电解电容器上的脉动电压峰-峰值将减小。

实践证明：当整流器电解电容器上的脉动电压减小40%以上时，将使电解电容器的寿命延长，可靠性增加，在返修的整流模块中很少见到电解电容器损坏的。这一方法可使电解电容器稳定可靠地工作。

如果辅助开关电源的开关频率也受同一个主频同步控制，则整个整流模块只有一个开关频率基波及其高次谐波，这就便于模块平滑滤波，也可免去多个开关频率的相互干扰。

6 倍流整流器技术

通常DC/DC变换器是一个全桥功率变换器，在高频变压器次级也常使用全波整流技术。因此，在普通整流器中，高频变压器次级绕组

必须有一个中心抽头并与电路参考电压（地）相连，中心抽头把高频变压器次级绕组分成两个电感器。

倍流整流器是由一个没有中心抽头的高频变压器次级绕组，两个电感量相等而且同绕在一个磁芯上的电感器以及由两个整流二极管和输出电容器组成。

倍流整流器最突出特点是高频变压器次级绕组没有中心抽头，而且流过变压器线圈和滤波电感器电流只是输出负载电流一半。因此，大大简化了高频变压器和滤波电感器结构设计。但电路中需多加一个滤波电感器，两个滤波电感器的电感总值，可等于或略小于普通全波整流器扼流圈的电感值，因为流过两个滤波电感器的电流，其工作频率和电流变化速度均较低。由于倍流整流器输出电流是两个滤波电感器电流的总和，而两个滤波电感器的脉动电流是相消的。因此直流输出脉动电流也较低。

7 四层印刷版表面贴装技术

现代通信设备朝着更轻更小的方向发展，高密度半导体集成电路的出现为之创造了有利条件。这也对开关电源提出新的挑战。为此应把先进性与可靠性有机地溶为一体；把应用最新器件及具有国际水平的系统结构设计、工艺设计溶为一体；把不断改进工艺设计，不断更新设备（其中包括高密度的表面贴装设备与自动半自动插件机）溶为一体。实现把整流模块的控制、监测、保护等弱电部分和一个系统功能强大、全智能化监测、控制、管理及显示完善的监控模块所需要的各种集成电路、半导体二极管和三极管，电阻，电容，电感等元器件，全部高密度贴装在一块四层印刷板上，从而使产品提高功率密度，减小重量和体积，降低功耗，增加可靠性。

8 精心设计的EMC技术

整流模块应具有输入输出防电磁干扰电路和屏蔽结构，它包括：一个共模式四阶低通滤波器，对无线广播干扰有很好的抑制，对模块开关脉冲频率基波及高次谐波加以滤波，以防相互干扰；输入输出应装有过流保护空气开关，具有过流切断保护能力；在输入端串入由两个大瓦数小阻值电阻器组成的软启动电路，以防在开、关机瞬间，浪

涌电流对设备元器件造成损坏，正常工作后用继电器短接。整流模块输入端还装有3个压敏电阻，对1.2μs/50μs浪涌电压加以抑制,当输入交流出现特高压时，压敏电阻能对浪涌电压箝位并能吸收浪涌电流，使整流器内部得到保护。由于精心设计的EMC技术使电源系统具有极小的电磁辐射，故可与程控交换机和其他通信设备配置在同一机房。

-- admin() 专家分:0 【回复\"admin\"该贴】【编辑】 电源用电容器的选择shuyun 6-25 13:20 正文：

电容器是实现电源的宽范围电压和电流组合的最关键的无源元件之一。尽管每种电容器都能储存电能，但对于特定的应用来说，电介质技术在电容器的选择中起着重要的作用。

电容器在电源中最重要的应用是在存储能量、浪涌电压保护、EMI抑制和控制电路等方面。我们可以通过图1了解到针对不同的应用领域，这些电介质技术彼此竞争或互为补充的关系。

储能

储能型电容器通过整流器收集电荷，并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。电压额定值为40～450VDC、电容值在220～150 000ΜF之间的铝电解电容器（如EPCOS公司的B43504或B43505）是较为常用的。根据不同的电源要求，器件有时会采用串联、并联或其组合的形式，对于功率级超过10KW的电源，通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。

要选择合适的电容值，需查看其额定直流电压、允许的电压波纹和充/放电周期。但是，在选择用于该应用的电解电容器时，应当考虑以下参数。

典型电源中的电容器波纹电流为各个频率上的波纹电流的组合。波纹电流的RMS（均方根）值决定了电容器的温升。

常见的一个错误是通过把各个频率上的波纹电流的平方值相加来计算RMS电流负载。实际上，必须考虑到随着波纹频率的增加，电容器的ESR下降。

正确的做法是根据波纹因子的频率图估算出高频（到100HZ）时

的波纹电流。采用估算的电流平方值来确定波纹电流。这才是真实的电流负载。

由于环境温度决定着负载条件下的电容器寿命，因此，那些声誉卓著的制造商们均精确定义了波纹电流负载、环境温度与概率寿命之间的关系。在实际工作条件下，利用波纹电流负载和环境温度来确定概率寿命，而将公布的概率寿命作为绝对值。

浪涌电压保护

开关频率很高的现代功率半导体器件易受潜在的损害性电压尖峰脉冲的影响。跨接在功率半导体器件两端的浪涌电压保护电容器（如EPCOS B32620-J或B32651..56）通过吸收电压脉冲了峰值电压，从而对半导体器件起到了保护作用，使得浪涌电压保护电容器成为功率元件库中的重要一员。

半导体器件的额定电压和电流值及其开关频率左右着浪涌电压保护电容器的选择。由于这些电容器承受着很陡的DV/DT值，因此，对于这种应用而言，薄膜电容器是恰当之选。

在额定电压值高达2000VDC的条件下，典型的电容额定值在470PF～47NF之间。对于大功率的半导体器件，如IGBT，电容值可高达2.2ΜF，电压在1200VDC的范围内。

不能仅根据电容值/电压值来选择电容器。在选择浪涌电压保护电容器时，还应考虑所需的DV/DT 值。

耗散因子决定着电容器内部的功率耗散。因此，应选择一个具有较低损耗因子的电容器作为替换。EMI/RFI抑制

这些电容器连接在电源的输入端，以减轻由半导体所产生的电磁或无线电干扰。由于直接与主输入线相连，这些电容器易遭受到破坏性的过压和瞬态电压。因此，世界上各个地区都推出了不同的安全标准，包括欧洲的EN132 400，美国的UL1414和1283以及加拿大的CSA C22.2 NO.0，1和8。

采用塑膜技术的X-级和Y-级电容器（如EPCOS B3292X/B81122）提供了最为廉价的抑制方法之一。抑制电容器的阻抗随着频率的增加而减小，允许高频电流通过电容器。X电容器在线路之间对此电流提

供“短路”，Y电容器则在线路与接地设备之间对此电流提供“短路”。

根据所能承受的浪涌电压的峰值，对X和Y电容器还有更细的分类。例如：一个电容值高达1ΜF 的X2电容器的额定峰值浪涌电压为2.5KV，而电容值相近的X1电容器，其额定峰值浪涌电压则为4KV。应根据负载断电期间的峰值电压来选择合适的干扰抑制电容器的级别。

控制和逻辑电路

各类电容器均被应用于电源控制电路中，除非是在恶劣的环境条件下，否则这些电容器都是具有低电压和低损耗的通用型元件。

在恶劣的环境下使用的电源，通常选用高温元件。工业或专业用电源，可选择低ESR元件，如EPCOS B45294系列，在要求较高的总体可靠性时，是不错的选择。

为了对装配的自动化、外型尺寸的压缩、装配成本的下降以及由此带来的生产率的提高等加以利用，大多数设计师试图沿用控制电路中所采用的SMD电容器技术。但是，选用混合技术以充分利用某些引线元件所具有的低得多的成本这一优势的工程师也不在少数。

-- shuyun() 专家分:104 【回复\"shuyun\"该贴】【编辑】shuyun的专家分+1

电源用的电容不仅仅是薄膜电容？fu 6-26 10:13

电源用的电容不仅仅是薄膜电容？还有陶瓷电容，在线路滤波器用的电容，陶瓷电容已体积小、寿命长、频率高和耐高温等等优点，在开关电源上广泛使用，比如日本村田的Y1-KX系列、Y2-KH系列还有高频低损耗DES系列，也用小型化的贴片Y1 Y2 X2 Y3用于抑制正态噪声电容和抑制共态噪声电容，其中Y1 电容可以4000V耐压Y2电容可以耐压2600V，其中只有村田的安规电容是-25度~+125度使用温度，也是现阶段世界上体积最小的安规电容，可以一般比其他电容比，体积减小20%~70%。陶瓷电容的滤波效果一般是其他电容的十倍以下，国际电源的发展向小型化、低发热、高效率方向发展，其中元器件贴片化是十分明显的，村田也发展高压、高容、低损耗、温度系数变化小的电容，其中最大容量有100M，高压有3000V 其中DES系列是用于吸收回路中。平滑纹波电容由于高频化和小型化陶瓷叠层

贴片电容，在国际巨型电源企业大量流行，尤其在高端电源方面，在今年不断有大容量高压贴片电容开发出，尤其电源可用的1M以上的16V 25V 50V 100V 250V 630V等等开发出，随着产量的增加，大容量的成本也不断降低，22M以下已经低于钽电容，预计很快100M陶瓷叠层电容可以替代钽电容。未完，有异议或感兴趣者请联系我，联系电话；0755-******** 139********

电源应用指南(一) shuyun 6-24 18:27

电源的可靠性对于整个系统的性能起着至关重要的作用。在开发一个系统时，如果最后才设计电源的话，往往会导致成本增加，可靠性下降。一开始就将电源集成在系统中来进行整体设计，就能节约开支和时间，提高产品的质量。设计和选择电源时应认真考虑配电方案、布局、接地回路等，以实现对负载端良好的供电，达到高电压调整精度、低噪音，同时避免系统中电路之间的干扰、振荡以及过热等问题的出现。

下面将对电源的特性、正确的选择和使用等进行阐述。 一. 系统中电源的设计和选择 1. 确定所用电源的规格： 电源功率

电源输出电压，输出端数 电源尺寸 2. 使用标准模块

设计系统时，请尽可能使用市场上通用的电源模块。这样可缩短设计和开发的时间，提高可靠性。3. 尽量减少电源的输出端数

一般很容易买到现成的1~4输出端的电源，输出端更多的电源就很难找到，另外价格也贵。

4. 冷却方法

设计系统时，必须认真考虑散热问题。如果使用自然冷却，应该确保顶部和底部有足够的通气孔，以形成冷却空气流。如果使用风扇冷却，应该确保空气流经过每个电源。在系统和电源共用一个风扇的

情况下，至少应该有25%以上的风量用于冷却电源。无论使用哪

种冷却方式，都必须通过测量电源的关键性发热元器件来验证冷却效率，而不能仅仅只是测量环境温度。电源中的这些关键发热元器件通常包括开关器件，整流二极管，电解电容及其它发热元器件。

5. 布局

安排好电源的位置，尽可能地缩短输入和输出连线。系统中较长的AC馈线就像接收天线一样，会增加EMI，而过长的输出馈线会降低电压调整精度，增加噪音。

6. 系统内的配电

DC/DC变换器常用来给系统供电。除去+5伏，系统内的各种电路板还需要±12伏，±15伏给运算放大器，A/D或D/A变换器，显示器等供电。另外在用电池供电的情况下，用DC/DC变换器将电池在较大范围内变动的，不太稳定的电压变换为所需要的经调整过的各种电压。典型的电池电压一般为12，24或48伏。

电源应用指南(二) shuyun 6-24 18:29 二. 电源的合理应用 1. 连接导线的尺寸

在选择电源时，除了考虑输出电压、电流外，还应重视负载连接导线的电阻。如图1所示的是一个最简单的电源应用实例。一个带有4安负载的5伏输出电源，如果使用0.54米长的18#AWG铜导线来连接，连接回路的总电阻就应为19.2mΩ（9.6 mΩ×2）。在4A的负载电流下，连线上就产生了76.8mV 的降压，为输出电压5V的1.5%。如果电源自身的负载调整率为0.1%，那么由于连接导线的电阻，使负载调整率下降为1.6%。为减小连线电阻所造成的这种影响，应该尽可能地缩短电源输出端与负载间的距离，并增大连接导线的截面积。

连线电阻#18AWG铜线 +5V 9.6mΩ

图1 简单负载及连线电阻

对于大的负载电流，应该在设计时就考虑到回路压降以及其对负载调整率的影响。同样，也应该考虑印制板上大电流通路上的压降。

2. 接触电阻

当电源输出端与负载连接时，连线两端的良好接触很重要。在负载电流大的情况下，良好的接触尤其重要。由于接触不良而引起的数mΩ至十多mΩ的接触电阻和太长或太细的不合适连结线一样，会引起回路压降过大和负载调整率变差。因此接触点必须清洗，去除氧化层，大电流接触点应焊结或缠绕。在合适的连线和接触良好的情况下，一个调整率为0.1%的5V输出，对应空载到满载，其电压变化为5mV。而一个调整率为0.02%的12V输出，对应空载到满载，其电压变化为2.4mV。以上这些基本的数量概念可供参考。

3. 输入保险丝要求

如图2所示，保险丝应安装在各并联模块的输入端，以防某一模块出现输入短路故障，将输入母线短路。在出故障模块的输入保险丝熔断所需时间内，其余模块的输入电压将出现很大的波动，为此可在输入端安装阻断二极管。在这段时间内，阻断二极管将仍在正常工作的模块与输入直流母线隔离。另外阻断二极管还可防止在输入线接错时，模块承受反向电压。但加入阻断二极管的同时也要注意到使电压增加了更多的损耗。一般保险丝规格应按照模块最低输入电压工作时的输入电流选定，或选取1.5-2倍的额定输入电流。如果模块工作在一个比较宽的输入电压范围内，保险丝应该使用小于10mS 的快速保险丝。

4. 输入维持电容

在某一模块出现输入短路故障，或其它导致输入母线电压瞬间跌落的意外

时，安装在模块输入端的维持电容，可在一定时间内给模块提供维持电压。另

图2(a) 图2(b)

图2 输入保护电路

外还可吸收模块输入端的电压尖峰。

为了满足维持时间的要求，一般应选用电解电容。对于300V输入，200W输出的模块，最小的维持电容应为30-50μF，而对于48V输入

的模块必须使用上千μF的电容，选择电容时，除考虑脉动电流和电压外，应选择等效串联电阻（ESR）小的电容。

以下为计算维持电容容量的近似公式： 其中

C维持=所需维持电容量（F） Po=输出功率（W）

V输入母线=输入母线电压（V）

V输入关断=对应该输入电压，模块关断。 I输入平均=输入平均电流（A） T=维持时间（S） η=模块变换效率 5. 输入瞬间过压保护

如图2(a)所示在电解电容前面可安装一只瞬态抑制二极管或瞬态吸收器件（金属一氧化物压敏电阻），用作输入瞬间过压保护。输入电压低时用二极管，高时用压敏电阻。

6. Y电容器

为降低共模噪音，推荐安装Y电容。如图2(a)所示，Y电容的中心与模块外壳及系统保护地相连接。

7. 输出电压微调（Trim）范围

用户可以通过在TRM端外接电阻器，使输出电压在额定值的约±10%的范围内微调。外接电阻的数值一般在数十千欧至二百千欧间选择。电源模块的功率应在最大额定输出功率之内。如果输出电压高于其标称值，应降低输出电流，使之符合最大输出功率的。

外接电阻的连接方法如图3所示。若只单方向调高(或调低)电压亦可只在TRM 端对输出负(或输出正)一端加电阻。如果不用微调可将TRM端悬空。

图3 输出电压微调外接电阻的连接方法 8. 遥测（外取样）

遥测功能可使负载两端的稳压精度保持在技术规范要求的范围内。当电源模块与负载之间的距离远，负载电流大，连接回路压降大的情

况下，可由检测（Sense）端直接检测负载两端的电压，来确保其稳定精度。图4 为检测的接线图。遥测端的连接应用屏蔽的双绞线，另外在紧靠模块的±S和±V o端之间可连接0.1μF左右的去耦电容，防止噪音干扰。与负载线相比，遥测端连线上的电流很小。☆请注意遥测连线不能用来传输负载电流，否则电源模块会被损坏。

当负载两端的电压下降时，遥测端检测的信号会使电源模块产生一个电压上升的响应，因而补偿了负载两端电压的下降。回路压降补偿的最大值是1V，如果回路压降超过1V，负载调整率将降低。

如图4所示在电流模块内，对应的电压输出端和遥测端之间已接入了电阻

或二极管，可防止当遥测端开路时，输出电压过高上升。当不用遥测功能时，应将各遥测端与相应的输出端短结，否则电源将可能被损坏。

图4 遥测端的使用

9. 控制：是指对模块输出电压的“ON”（允许）、“OFF”（禁止）操作。控制端一般叫做CTL端或REM端。模块的控制有两种标准的方式:

图5 常规控制方式

1) CTL端子与-VIN直接相连，输出OFF；CTL端子开路或接高电平(大于5VDC,小于40VDC)，输出ON

2) CTL端子与-VIN直接相连，输出ON；CTL端子开路，输出OFF

至于具体选用哪一种控制方式，可由用户自己决定。同时，我们推荐其中第一种常用的控制方式，如图5所示。详细情况可查阅具体型号的产品规格表。

在一些特殊的应用中，可能要用到隔离控制的方式。这里推荐一种隔离控制的电路供参考, 如图6。其中光耦一般选用传输比较高的三极管型而不采用达林顿型的。

图6 隔离控制方式

电源应用指南(三) shuyun 6-24 18:30

10. 功率分配 1) 平行连接

只有合理地将不同负载与电源输出相连结，才能用好电源。如图7所示的平行连接是最常见的一种错误接法。从图中可看出，每个负载上的电压会随着其它负载的电流变化而变动，其中负载#3上的电压为最低。另外因为负载不在同一公共点接地，所以出现了直流地回路，使电路易受干扰。

#1负载#2负载#3负载 图7 平行配电连接法及其等效图 2) 辐射连接

图8为一种较好的辐射连接法。电源的输出通过一对粗导线与正负配电端连接，然后各负载通过各自的连线与正、负配电端相连。因此负载相互之间的影响很小，也不存在直流地回路。

图8：辐射配电连接法 3) 混合连接

实际上完全的辐射连接配电是不可能做到的。在实际应用时，尤其在负载电流较大的场合，应遵循的原则是采用一个接地点，以消除地回路。如图8 所示的混合连接法，负载组#1的电流大，因此尽量安排靠近电源输出，用辐射法连接，而负载组#2的电流很小，在连线上的电压降的影响可忽略，因此可离电源远一些，用平行法连接。

#1负载组#2负载组

图9 辐射和平行配电混合连接法 11. 模拟电路和数字电路的供电

设计电路时应特别注意将模拟电路和数字电路分开，各自所对应的地也要分开。不正确的接地会引起一些无法解释的问题。一种常犯的错误是让低电平的数字信号电路与模拟信号电路共用电源回路和地回路。正确的连接方式如图10所示。请注意图中只采用了一个公共接地点，模拟信号和数字信号各自分开供电。许多电源具有分开的数字信号（5V）和摸拟信号（±12V）输出，以便于设计。

为了避免一些直流电平的变化和逻辑瞬态过程干扰敏感的模拟电

路，设计时应仔细地分析每个模拟地的连线，确保每个模拟地的连线直接与接地点相连，避免共用同一条接地连线。这也是印刷电路板布线时必须遵循的一条基本原则。

图10 模拟电路信号电路和电源正确连接 12. 旁路和去耦

所有的电源及其输出配电线都会有一定的输出电阻和输出电感存在，因此必须在高速的模拟电路和数字电路的负载上直接并联电容，进行去耦。图11所示的负载去耦电路可消除一些由于线路上的串联阻抗与分布电容所产生的谐振。另外还可减少由于负载电流的迅速变化，在串联的电感上所产生的电压尖峰。这种电压尖峰会损坏线路或造成误触发。

图11 负载去耦

图中使用了一个0.1μF的瓷片电容和1个1~10μF的电解电容作为旁路电容与负载并联。这样可获得很有效的对中频和高频范围的干扰信号旁的路作用，从而防止多个负载之间的互相干扰。

当分别对模拟信号电路和数字信号电路旁路时，并不是简单地将电容与每个电源的输出相连接，而应遵循下列的重要规则：旁路电容应该用最短的线直接连接在每一电源输出端和地端或COM端，避免AC信号通过电源馈回。如图12所示。

图12 最短的信号旁路路径 13. 电源模块的串联和并联

串联：一般来说，电源可串联工作，以获得较高的输出电压。但为了慎重起见，应就以下各点询问有关电源供应厂家。

(1) 有时某一电源的输出会影响到其它电源的反馈回路， (2) 由于一般情况下电源的纹波不同步，因此串联后输出端会出现附加的纹波。

对串联工作的另外一个是: 串联后总的输出电压应小于任何一个串联电源的工作击穿电压。这个击穿电压值要远远小于电介质测试电压值。

如图13所示，串联工作模式通常是通过在电源输出端联结反向偏

置的二极管来完成的。在负载短路的情况下，或在开机时，由于不同电源模块输出端电压的建立可能不同步，较慢的模块输出端将被加上反向电压。反向偏置联结的二极管提供了一个反向电流的通路，了加在各输出端上的反向电压，起到了保护作用。

应该选择正向导通压降低的二极管，如肖特基二极管，其反向耐压应大于对应的电源输出电压，导通电流额定值应大于串联负载电流。最大串联负载电流应小于串联模块中功率较小的模块的最大输出电流。

图13 带反压保护的电源串联方式

图14为另一种常用的串联工作应用。为获得一个较高的电压输出，可将一个电源的两组输出电压串联起来，让COM悬浮，然后直接与负载连接。因此由±12V，±15V和±18V的双路输出的电源，分别可实行24V，30V和36V单路输出。

图14 双路输出的串联

并联：与串联相比，电源模块输出的并联很困难，因此除非电源模块具有可并联运行功能或经电源供应厂家同意，一般电源模块不应该并联使用。首先因为两个电源的输出电压不可能完全相等，那么输出电压较高的电源将会提供全部负载电流。其次即使两个电源的输出电压调整为完全相等，由于两者不同的输出阻抗及其它们随时间和温度不同的变化，都会造成两个电源的负载电流不平衡。

图15为一种使用串联电阻来均衡输出负载电流的方法，但这种方法也很难获得好的效果。

图15 使用串联电阻均衡负载电流

假定这两个串联电阻完全相等，那么两个电源输出电压之间很小的差别将不会造成很大的输出电流不均衡。图15中给出了输出电压标称值为5V，总的负载电流为2A的情况下，两个电源之间的输出电压差所对应的电流不均衡。

当电压差为0.2V时，输出电流的差别为100%，这就意味着两个电源中输出电压高0.2V的那一个，将提供全部的负载电流。

即使0.05V的差别也会导致25%的电流不均衡。

同时还应指出图15的串联电阻将会导致负载调整率变差。另外在

电流不均衡为50%的情况下，每一个电源所应该能提供的电流必须为总负载电流的75%，而不是50%。

如图16所示的是冗余并联运行模式。两个电源的输出通过“或”二极管并联在一起。使用“或”二极管时，遥测连接必须接在二极管之后，以补偿二极管上的电压降。当工作在100%的冗余模式下时，每个电源都必须能提供100%的负载电源。这时不要求两个电源的输出电流均衡，但每个电源必须至少提供部分负载电流。否则在工作模块电源推出工作时，没参加工作的模块由不工作状态转向工作状态会有一定的延时。此时会使系统出现瞬时的供电间断。“或”二极管可避免某一电源输出故障对另一个的影响，继续给负载供电，因此可用在要求不间隔供电的场合。如果用一个具有相同输出电压的电池来替代图16中的某一电源，就可获得一个不间隔的直流供电系统。

图16 冗余并联连接

电源应用指南(四) shuyun 6-24 18:32 3) 铃流的备份使用

铃流发生器主要用于交换机给用户提供振铃, 一般是在偏置的状态下使用。要提高铃流系统的可靠性, 可对铃流进行备份。图17是一种推荐的备份方式(加负偏置) 。

图17 铃流的备份使用 14. 输出过载保护

目前几乎所有的电源都具备输出过载保护功能。输出过载的基本保护方式有下列三种：

1功率降额；2电流；3电流降额

一般来说，功率降额保护是用得最多，也最廉价的一种输出短路保护方式，具有这种保护功能的电源，一旦探测到了输出短路，电源的所有输出电压和电流就会立即降得很低。当短路消除后，电源恢复正常工作。

图18为（a）电流降额和（b）电流过载保护的V-I特性和负载线。图18中A、B、C分别对应着阻性负载、恒流负载和混合负载。当过载或过流出现时，电源降额保护将降低输入功率，从而使输出电

流减小到远远小于额定电流。如图（a）所示，恒流负载线B存在着两个稳定点，因而电流降额后输出就会锁定在输出电压较低的点上。当过载或短路消除后，不能自动恢复正常工作，需要重置。而（b）中的不同类型负载的电流负载线都只有一个稳定点，所以当过载或短路故障消除后，电源能自动恢复到正常工作状态。但是这样在过载或短路时电源内部就会产生较高的热量，因此在经常出现过载或短路的情况下，最好不要用这种电流性的保护电路，以免缩短电源的使用寿命。

(a)电流降额(b) 电流 图18 输出过载保护特性 15. 散热考虑

所有的功率转换产品在运转时，由于内部功率消耗都将产生一些热量。在每一应用中都有必要这种“自身发热”，使模块外壳温度不超过指定的最大值。在下面介绍了DC-DC转换器外壳升温的大概过程。

1）可用的功率密度

绝大多数DC-DC转换器生产商都以产品的功率密度作为水准，来衡量产品的有效性。功率密度通常由瓦/立方英寸（W/in3）来表示。了解功率密度定义的条件是非常重要的。如果用户不能在规定的最大的环境温度范围内使用DC-DC转换器，就有可能达不到参数中的最大输出功率。

DC-DC转换器可用的平均输出功率取决于可用的功率密度。在下面的应用中，可用的功率密度由下列因素确定：

(1) 所要求的输出功率

所要求的输出功率是应用需要的最大平均功率。在多输出DC-DC转换器中，就是各个输出的输出功率的总和。

(2) 转换效率

转换效率是指输出功率与输入功率之比。 效率= P输出/P输入

内部功率消耗可以从转换效率推导得出。

P内部= P输出*（1-效率）/效率

最具代表性的效率值是在额定输入电压和满负载输出功率下的值。由于负载的减少或输入电压的变化，效率会发生一些改变。

1) 热阻

热阻的定义是功率消耗产生的温升。热阻通常用℃/W表示。 2) 外壳最高工作温度

所有DC-DC转换器都规定了外壳最高工作温度。该温度是指DC-DC转换器内部的元件工作时所能承受的最高温度，为保持转换器的可靠性，应工作在最高温度以下。

3) 工作环境温度

指在DC-DC转换器工作时，最差的周围环境温度。 16. 计算机壳温度

在应用场合中有许多因素都可能影响外壳工作温度。下面的过程可以指导你如何估算热特性情况。在每一项应用中，温度的冷却和最高外壳工作温度都需要经常认真地核对、检查。

估算外壳工作温度的过程如下： 1) 确定应用所需要的最大输出功率。

2) 确定应用的最高工作环境温度。应该对应DC-DC转换器周围最高环境温度的规定值。

3) 确定内部功率消耗。

P内部= P输出*（1-效率）/效率 4) 计算所估计的外壳工作温度。

T外壳温度= T环境+ P内部* R外壳-环境R外壳-环境= R外壳-散热片+ R散热片-环境

T外壳=外壳温度T环境=环境温度

P内部=内部功率消耗R外壳-环境=外壳到环境的热阻

R外壳-散热片=外壳到散热片的热阻R散热片-环境=散热片到环境的热阻5) 在应用中通过测量外壳温度检验热特性。

17. 降低外壳温度

在一定的工作环境温度和输出负载条件下，在正常的大气环境下

（自然对流冷却），外壳到周围环境的热阻可能使外壳工作温度超过特定的最大值。如果确实如此，就需要降低外壳到周围环境的热阻，从而降低外壳工作温度。

下面的技术可以用来减少热阻R外壳-环境： 1）附加散热片

散热片的用途是增大散热片面积，以便将DC-DC转换器产生的热量转移到空气中。这会降低热阻，但增加了DC-DC转换器的体积。当使用散热片时，将散热片在空气中垂直排列会产生最好的效果。如果散热片不是暴露在空气中，热量转移将受到一定的影响。

当给DC-DC转换器添加散热片时，应考虑散热片装配表面与DC-DC转换器外壳之间的热阻，计算方式如下：

R外壳-环境=R外壳-散热片+ R散热片-环境

因为DC-DC转换器外壳和散热片装配表面不是完全平坦的，所以组装时在两个表面之间会产生空隙。这些空隙产生热阻R外壳-散热片。可使用热表面材料（导热硅脂等）将表面热阻减少到最小。使用这种热表面材料，R外壳-散热片值可以达到1℃/W以下。

1）提供气流

气流对于改进散热片状况及减少热阻，是一种有效的方法。气流可迫使空气冷却，应用中可使用风扇或吹风机。气流可降低热阻，而不用加散热片，从而也不用增加DC/DC转换器的体积。在某些应用场合没有气流，但加装风扇也不是最佳选择。因为风扇会增加系统整体体积，影响系统的平均无故障工作时间（MTBF），并产生噪声。

气流定义通常采用线性英尺每分钟（LFPM）或立方英尺每分钟（CMF）来表示：

CMF=LFPM*area 1) 增加散热片并提供气流

带有气流的散热片可以极大地减少热阻。当使用散热片时，最好使气流平行于散热片表面流动。对于一个长方形的DC-DC转换器，气流顺着转换器的长边吹，而散热片平行于其转换器的短边，这样散热效果最好。

18. 可靠性和失效间平均时间（MTBF）

图19为某一电源的失效率曲线，其澡盆形状与绝大多数的电子器件和设备的失效曲线相同。A段曲线代表电源在使用初期的失效率。在这个阶段失效率比较高。可以通过严格监测，仔细分析退回给厂家电源的故障来进行控制，另外应该采用严格的老化工序。B段线代表了电源的有效寿命，这个阶段所对应的失效率较低。C段曲线代表了电源在已损耗期的失效率，这个阶段所对应的失效率也比较高。在电源的有效寿命期间内，其可靠性是由故障之间的平均时间（MTBF）来衡量的。有两种不同的方法来确定MTBF。一种是通过某一型号电源实际工作时间的大量统计值。另一种是通过类似

MIL-HDBK-217的标准来计算。

MTBF与失效率λ的关系，如下列公式所示： 可靠性由方程式（2）所定义：

可靠性给出了某一个电源在运行了某一额定的时间后，仍然可正常工作的几率。由方程式（2）可得出：

R（t）为数值在0和1之间的几率

一个电源在运行了相当于MTBF的时间后，仍可正常工作的几率为0.37。

一个电源在运行了相当于10%的MTBF后，仍可正常工作的几率为0.90。

图19为可靠性R（t）与时间的关系曲线、 图19 可靠性与时间的关系曲线 计算MTBF

按照MIL-HDBK-217来计算MTBF，是通过对每一个元器件在其工作温

度下的失效率的求和来得到的。基于每一元器件在工作时所承受的应力等级，可推算出该元器件在百万小时工作期间内的失效率λn：

通过上述公式，可计算出工作环境温度为25℃时的MTBF，也可计算出其它不同工作环境温度下的MTBF。

图20 MTBT计算值与环境温度的关系曲线

图20为某一电源的MTBF计算值与环境温度的关系。电源在50℃下可工作5.1年，而在75℃下只能工作1.86年（一年为8766个小时）。当然图中的曲线并不一定适用其它电源，但曲线给出的结论却具有普遍意义。

19. 电磁干扰和电磁磁容

1) 电磁干扰（EMI）：指通过电磁辐射传播和信号线、电源线传导的电磁能量对环境所造成的污染。电磁干扰不能完全被消除，但能使之降低到安全的等级。

抑制电磁干扰一般有下列三条途径：

1屏蔽电磁干扰辐射2 合理接地3 对电源线、信号线进行滤波， 以减少电磁干扰的传导 2) 电磁兼容（EMC）

电磁兼容是指电子设备和电源在一定的电磁干扰环境下正常可靠工作的能力，也是电子设备和电源自身产生电磁干扰和避免干扰周围其它电子设备的能力。

提高电磁兼容可从下列三个方面着手：

1减小电磁干扰源的辐射2屏蔽电磁干扰的传播途径 3提高电子设备和电源的抗电磁干扰能力

按照传播的方式，电磁干扰被分成下列两种类型：

1. 传导型干扰：是由系统产生进入直流输入线或信号线的噪音。其频率范围为10KHz-30MHz。传导型干扰既有共模方式的，又有差模方式的。LC网络常用来抑制传导干扰的主要方式。

图21 HZD10-48系列模块输入传导干扰 图22 模块加Y电容后输入传导干扰明显下降情况

模块加Y电容后输入传导干扰明显下降（见“二、电源合理应用中”第6点）

2. 辐射型干扰：是以电磁波的方式直接传播，一个常见的例子是电源线起到了发射天线的作用。其频率覆盖范围为30MHz-1GHz。辐射型干扰可通过金属屏蔽的方式抑制。

三.电源的测试

以下主要介绍一些对电源进行性能测试的方法。

测试采用标准的开尔文四端测试法。图21为电源输出电压的开尔文四端测量。测量是通过另外一对不同的接触端点和连线来进行的。这对端点上没有负载电流通过，否则会产生毫伏级的测量误差。图21为通用的测试设置。

图23 标准的测试接线 1. 输出电压精度

在标称的输入电压和额定负载下，用高精度的直流电压表来测试输出电压。测量值与标称值之间的差值以百分比来表示就是输出电压精度，其计算公式为：

其中U0为标称值，U为测量值。 2. 电压调整率

随着输入电压的变化，输出电压会出现一定的变化。输出电压随着输入电压变化的百分比就是电压调整率。在25℃及标称的输入电压和额定负载下，测量：

标称输入电压下的输出电压Un0 高输入电压下的输出电压Uh0 低输入电压下的输出电压U10

取最大偏差电压，即取|Uh0-Un0|和|U10-Un0|中的最大值与标称输出电压下的输入电压Un0相比，以百分比来表示，就是电压调整率。

3. 负载调整率

随着电源负载的变化，输出电压也会出现一定的变化。输出电压随着负载变化的百分比就是负载调整率。

在25℃及标称的输入电压下测量： 额定负载下的输出电压Un0 空载或最小负载下的输出电压Uml0

两次测量值的差值即|Un0-Uml0|与Un0相比，以百分比来表示，就是负载调整率。

4. 温度系数

在标称输入电压和额定负载下，输出电压随环境温度的变化率称

之为温度系数。一般来说，温度升高输出电压下降。

把电源放在温度控制箱内，在标称输入电压和额定负载下，测量： 25℃环境温度下的输出电压Un0

升到最高工作温度并稳定15~30分后，测量输出电压Uht0 降到最低工作温度并稳定15~30分后，测量输出电压U1t0 分别计算出高温下的温度系数和低温下的温度系数，取两者中教大的数值

作为温度系数。

高温下的温度系数低温下的温度系数 5. 输出纹波和噪音

纹波和杂音是叠加在直流输出电压上的交流成分，对纹波和噪音的测量在额定负载和常温下进行。对于开关型的DC/DC变换器而言，输出纹波电压为一系统带有高频分量的小脉冲，因此通常测量峰-峰值，而不是有效值（RMS）。其测量值用毫伏峰-峰值（mVp-p）表示。例如当一个DC/DC变换器的纹波峰-峰值为50mV时，其RMS值很低，仅为5mV，但是否能用于某一系统，必须要进一步考虑才行。因为所测量的纹波中含有的高频分量，必须使用特殊的测量技术，才能获得正确的测量结果。为了测出纹波尖峰中的所有高频谐波，一般要用20MHz带宽的示波器。

其次在进行纹波测量时，必须非常注意，防止将错误信号引入测试设备中。测量时必须去掉探头地线夹，因为在一个高频辐射场中，地线夹会象一个天线一样接受噪音，干扰测量结果。用带有接地环的探头，采用图22所示的测量方法来消除干扰。

图24 探头直接测量 图25 输出纹波波形

图24为一种使用50Ω同轴电缆来测量输出纹波电压的方法。同轴电缆直接与示波器连结。为降低噪音，测量时应使用一个如图所示的铝或铜的接地板。测量值为实际值的1/2。

图26 同轴线纹波测量法 图27 双绞线测量

图25为另一种采用双纹线的测量方法。

电源放置在一个离接地板25mm之上的地方，接地板由铝或铜板构成。电源的输出公共端和AC输入地端直接与接地板连结，接地线应该很粗，而且不长于50mm。

用16AWG铜线做成300mm长的双绞线，一端接电源输出，另一端并联一只47μF的钽电容，再接到示波器上。电容的引线应尽可能短，注意极性不要接反。示波器探头的“地线”应尽可能接到地线环，示波器带宽不小于50MHz，示波器本身交流应接地。

6. 动态响应

当负载出现突变时，所有的电源都有一个相应的响应时间。在突变响应期间内，电源的输出电压会出现瞬间的过冲，然后回到正常输出状态。

动态响应是通过对过冲幅度的大小、响应时间的长短来测量的，是电源性

能的一个重要指标。 图28 动态响应的波形

具体测量的方法是用电子负载来进行电源负载的突变，即负载电流为额定值的25%-50%-25%，

50%-75%-50%阶跃变化，用示波器测量其输出电压的最大偏差和响应时间。

-- shuyun() 专家分:104 【回复\"shuyun\"该贴】【编辑】shuyun的专家分+1

电磁兼容屏蔽的设计shuyun 6-25 17:27

本文讨论的主要是电磁辐射的屏蔽问题。现今产业界已愈来愈注意到SE/EMC的需求，而随着更多电子组件的使用，电磁兼容性亦更受到关切。电磁辐射照射及耐受程度应在产品设计之初即开始考虑，但因产品性能和成本需求常使电磁干扰(EMI)问题无法在电子组件的选用上获得解决，因此产品机箱(外壳)及导线应加以屏蔽，以符合电磁波兼容性的各种规范。

EMI屏蔽可使产品快速且有效的符合EMC的规范，当频率在

10MHz以下时电磁波大多为传导的形式，而较高频率的电磁波则多为辐射的形式。设计时可以采用单层实心屏蔽材料、多层实心屏蔽材料、双重屏蔽或者双重以上屏蔽等新型材料屏蔽。对于低频的电磁波需用厚的屏蔽层，最合适使用磁导率高的材料或磁性材料，如镍铜合金等，以获得最大的吸收损耗，而对于高频电磁波可使用金属屏蔽材料。

新型屏蔽结构材料和屏蔽方法

新型屏蔽结构和常用材料。由铝、钢、铜组合的屏蔽体，对电磁波有很大的反射损耗，所以只适用电屏蔽。铁和高导磁率的合金体则对磁场波有很大的吸收损耗，所以适合用在磁屏蔽环境。如果条件允许可用不锈钢制造具有很高可靠性的电磁屏蔽机壳。当设备处于机械应力下时，防倾斜拐角有助于机壳保持机械性能的完整性和屏蔽效能。在通信、计算机、自动化、医疗等商用电子设备上选择最有效的电磁屏蔽衬垫时，通常可以考虑以下三种衬垫类型：导电橡胶、导电布、铍铜指簧。现在流行的新型的屏蔽材料还有导电塑料、活化导电镀膜塑料、发泡铝、发泡镍、超微晶纳米晶合金、镍基/钴基非晶态合金、坡莫合金箔带等等。

多重屏蔽。多重屏蔽的原则是：各屏蔽层之间不能连接在一起，其间应该隔开空气或者填充其他介质，否则就失去多层屏蔽的作用，各层屏蔽体的材质也不应该相同。除了要考虑磁导率外，还要考虑饱和电平。有的时候由于需要不得不对系统/分系统进行双重甚至更多层的电磁屏蔽。有些系统设备内部电磁环境非常恶劣，使得对外壳屏蔽效能的要求也就很高。一般设备中最大的干扰源是振荡电路，这种电路应该用辅助分屏蔽体封闭后再装入系统主屏蔽体中。这些分屏蔽体和主屏蔽箱内、外屏蔽体/其他分屏蔽体之间只有一个必要的连接点，其他地方必须分开，不能连接。

多层屏蔽(系统箱屏蔽体或电缆)在很宽的频段内可以提供最佳的屏蔽效果。但在多种可供选择的电磁兼容性方式中，是否选用多层屏蔽，主要由它的成本来决定。此外，电缆线采用多层编织线屏蔽后，其柔软性将降低。

屏蔽效能SE(Shielding Effectiveness)有时候也称屏蔽损耗、屏蔽

衰减、屏蔽效果，是指未加屏蔽时某一测点的场强(E0、H0)与加屏蔽后同一测点的场强(E1、H1)之比，并以dB为单位。屏蔽效能的理论值由R(反射损耗)、A(吸收损耗)、B(校正因子)三项因素决定。一个简单的屏蔽罩会使电磁场强度衰减十倍，即SE等于20dB；而有些场合可能会要求SE等于100dB。

吸收损耗A 是指电磁波穿过屏蔽罩时能量损耗的数量，吸收损耗计算式为AdB=1.314(f×s×m)1/2×t，其中f：频率(MHz)，m：铜的导磁率，s：铜的导电率，t：屏蔽罩厚度。多孔薄型屏蔽层的例子很多，比如薄金属片上的通风孔等等，当各孔间距较近时设计上必须要仔细考虑。此类情况下屏蔽效率计算公式SE=[20lg (fc/o/s)]-10lg n，其中fc/o：截止频率，n：孔洞数目。注意此公式仅适用于孔间距小于孔直径的情况，也可用于计算金属编织网的相关屏蔽效率。愈高频的电磁波其波长愈短，这表示随着电磁波频率的增加，它能穿过的缝隙愈小。

金属网和导电玻璃屏蔽效能的比较

市场上一般可以购买到的导电玻璃表面电阻10W/方块，其屏蔽效能最接近于金属屏蔽网。但是频率越高，二者差别就越大，在无线电频率范围内，特别是在30MHz以上频率时，导电玻璃的屏蔽性能要比金属网的低的多。但若从美观角度看，导电玻璃则比屏蔽网好，因此采用那一种作为系统设备的窥视窗，要根据屏蔽要求及实际情况来定。从表1可以知道，导电玻璃的屏蔽效能要比金属屏蔽网低。

连接器的屏蔽

连接器屏蔽设计要注意在插针接通以前，连接器的屏蔽环先接地，而在断开时，插针应在连接器外壳脱开以前断开；接到负载线路的插针应该是阴性的或者是凹形的，以避免和连接器外壳上的其他部分发生接触。

显示仪器的屏蔽方法

显示屏、阴极射线管和表头等数据输出口会在设备的机箱上造成屏蔽的不连续性。为此，可在读出装置后背的外面安装一个屏蔽罩，并对读出装置的所有引入、引出线采取滤波措施。屏蔽玻璃可以用在

显示装备上。这些材料包括铜质网、铜质薄膜、不锈钢薄片、导电涂料等。

屏蔽电缆和专用连接器

金属丝编织层由于其质软、实用性强，所以使用在屏蔽电缆上的机会最多。一般屏蔽效能随着编织的密度增加而增加，随着频率的升高而降低。应该注意在系统和分系统设备内使用屏蔽电缆，但不要在设备外使用，以避免不必要的电磁耦合和串扰的不良影响。对于电缆可以采用多点接地的方法，即将电缆的屏蔽层两端接地，也可以考虑在中间加一个接地连接器，以便于接地。

音频电缆只能一端接地，屏蔽线层绝对不能接地，一定要对地绝缘。当然这种线路也不适合和别的信号线路共同使用一个屏蔽电缆。对于既是音频又是视频的电缆要使用绞合线，屏蔽层两端也要接地。

其他屏蔽材料

●导电橡胶：在橡胶中掺入导电颗粒，使这种复合材料既具有橡胶的弹性，又具有金属的导电性。但由于在橡胶中掺入重量达75％以上的导电颗粒，破坏了橡胶的结构，已经没有了纯橡胶的弹性好、拉伸强度高等特性。

●双重导电橡胶：它不是在橡胶所有部分掺入导电颗粒，这样获得的好处是既最大限度地保持了橡胶的弹性，又保证了导电性，是一种新型的屏蔽材料。

金属编织网套：用金属丝编织成的空心网套，这种材料具有弹性和导电性。

●橡胶芯编织网套：以橡胶为芯的金属编织网套，这种材料由于用橡胶为芯，因此弹性很好且很耐压。

●螺旋管衬垫：用不锈钢、铍铜或镀锡铍铜卷成的螺旋管，具有很好的弹性和导电性。

●指形簧片：用铍铜做成的弹性簧片材料。 结语

屏蔽是降低设备电磁辐射干扰方法的主要一种，在屏蔽的同时也应该注意滤波和接地的重要性。如使用平衡变压器、接地、隔离变压

器、铁氧体磁环、光电耦合器、减小公共地的阻抗、减小互联电缆的环路面积、对电缆进行分组、将带宽减小到必要的程度、减小输入阻抗、减小电路的环路面积、将敏感器件屏蔽起来、使用瞬间干扰抑制器件、改变工作频率、PCB电磁兼容布线等设计合理，就会对屏蔽效能要求甚少，有时候不屏蔽就可以满足性能要求。

限于篇幅本文没有介绍截止导波透气窗和缝隙泄漏的问题。