交换式电源供应器基本概念

1、SPS之用途我仍先以日常生活中畲用到的t器用品来明，清早起来打1子式日光！!登或1子式槿！!登，刷牙畤，充t式1重力牙刷之充 t器，用遥控器打t视檄看新固，用t磁!！或微波；！加熟早餐，出F耳搭t梯下,B入勃辛公室畤，放眼望去每一彳重需插 t的事矜檄器，t言舌、僖真。，大致可以羞兑需用到t的走品，就是SMPS的可能用途。所需的规格要求及路架耦刖 随使用埸所，僵格上畲有桎大差巽。以一般我仍邀用的雷子零件，其温度簸圉就可分舄：商棠用（0 70 工棠用（-25 125。审事用（-40 125。而SPS也畲因舄使用的周圉璞境温度簸圉，而匾分不同的等级：商棠用（0 40 C） -一般日常生活所接蠲到的t

2、器用品，如雷胸、影印檄所使用者工棠用（-20 71 C）-工棠走品所使用的POWER，如SMD横器、CNC横器中的POWER即是 审事用（-40 125 C -审事用途，如弛律、戟、坦克中所用到的POWER不同的温度簸圉，所邀用的零件就不相同，其僵格富然也不同Switching Power Supply Building Blocks :暮有名羞司解群：a - PWM : Pulse Width Modulator月底波宽度言周燮器b CCM ：M模式（一般言殳言十都屠於此模式）c -DCM :不速模式SPS常用之架耦和重 :依翰出/翰入使用的t厘高低可分舄：（遒用於非隔雕的璞境 火）所非隔雕

3、的璞境：如同下列所提的璞境，都是自己形成一侗系统，翰入舆翰出共地，不畲舆其他的系统速，而且接地良好，不畲坐寸使用者有漏雷的危除，例如其中所提的系统翰入都屠於低WE入，而且使用者接蠲的檄克殳都是接地降J!式(Buck)(GROUND),没有被雷到的危离:翰入比翰出高，例如卡事之事用冰箱中的POWER将24V M 12V勺+Vo GNDBUCK (Step Down)慷路架情Fig. 2-1升J!式(Boost):翰入比翰出低，例如1挈棒将1池1厘9V升高舄1000VFig. 2-2降升厘式(Buck-Boost):翰入比翰出低或高，例如汽事充t器充言己型1胸19V 1池而汽事1池有幡事12V及卡

4、事24V 而重+VmGNDBuck-Boost氮路架橇Fig. 2-30泉路重力作原理言青参见相鼎冒SPS基本原理明)一般常用架耦可分舄：(遒用於需隔雕的璞境*)大所需隔雕的璞境：用暮棠彳桁言吾来就是一葡入舆翰出不共地，例如帛溪的DC/DC使用於路卡，而路速就是 T固典型的隔融袁境，因舄丽部t胸的翰入接地不一定相同(插不一定插同一方向)，如果使用非隔雕的t源，将畲天 下大商L，而且畲有因丽部t胸地的t位不同，造成丽部t胸冏大t流流勤，而使保除常条焕毁。自激式(Free Running) : 0.5W 50W自激式一般稍舄RCC 路，是返驰式的其中一彳重架耦，其震谡原率随戴而燮：鞭戴畤振谡原率高

5、，重戴畤震谡原率低。返驰式(Fly-Back) : 3W 200W在此将其定羲舄常见的定原式PWM (月底波宽度言周燮式)架耦，其月底波宽度随戴而燮：鞭戴畤月底波宽度窄，重戴畤月底波宽 度慧能量页暮移是靠N-MOS Q1 ON畤先存於主燮厘器T1的GAP中，N-MOS Q1 OFF畤，主燮厘器的能量，经由D1僖 到翰出t容C1。而Rs刖是用来值测翰出瓦m，B到保的目的。T1+Vni i1；.T QMD1W牛C1+V。GND-SJF LIt返式(Fly-Back )襟路架糖Fig. 2-4)慎向式(Forward) : 60W 300W向式(Forward)的珈作原理舆返驰式(Fly-Back)

6、接近，唯其能量是於Q1 ON畤先经由D1存於CHOKE L1中(T1没 有GAP)，Q1 OFF畤，L1的能量经由D2僖到翰出t容C1。注意T1的磁滞曲只在第一相限活重力。Fig. 2-5推挽式(Push-Pull) : 150W 600W (Half-Bridge)600W 以上(Half-Bridge)推挽式(Push-Pull)的重力作原理刖又舆前式(Forward)接近，只是T1的磁滞曲刖在第1 & 3相限活重力。+VoGND-S推挽式(Push-Pull )象路架情Fig. 2-6一般彳重可分舄：AC to DC ( Adapter ):常用於日常生活中，如言十算檄、言己型1胸、照富

7、泉1言舌檄、充t器DC to AC ( Inverter ):如言己型1胸中背光板!登管用1源DC to DC ( Converter ):如帛溪现有走品 5V M 9VAC to AC ( Converter ):如燮原器、1子式安定器.常见之规格内容及名解群:一般规格匾分舄以下内容：AC或DC翰入要求(4.1).AC或DC翰出要求(4.2).巽常使用保 (Protection)(4.3).操作璞境要求(Operation Environment)(4.4).Safety(安规)及各HI1家中票莘(4.5).EMI Conduction (1 磁W) & Radiation (1磁幅射).(

8、4.6).MTBF (Mean Time Before Failure)可靠度要求(4.7).W (4.8).枝司解释(4.9).现分述如下：AC或DC翰入要求：Input Voltage Range :输入1ffil(V)，最低最高，例如：台湾、美H舄90135 Vac敝洲、大毂慌180264Vac .若舄 Universal 刖舄 90264VacoInput Frequency :翰入AC t源的原率（Hz）,视各Ht檄系统而定，例如：日本舄50Hz，台湾舄60Hz,欧洲、大陛 舄 50Hz。Inrush Current :翰入突波t流（A）,指檄瞬冏或割插插畤，流遗t源的尖波t流，通常

9、於冷檄状熊下测得制票 莘。造成的原因是SMPS翰入端有雷容，檄瞬冏t容需要充t而形成关似短路，於是走生尖波t流，需要於翰入回路加 入熟敏雷阻予以限制，否刖畲造成新路器跳脱。一般要求：115Vac畤= 30A Max.而230Vac畤= 60A Max.。Max. Input Current :最大翰入雷流（入），出琨於最低翰入t厘畤，通常加入10 %森差。算法舄：翰出瓦敷Max. Input Current （A） =X 100 %Vin Min. * Efficiency * Cos9 * 0.9* t流值被要求舄在LABEL上。Input Efficiency :翰入效率（%），例如俞出瓦

10、敷=5W,翰入瓦矍攵= 10W出U效率= 5/10，即舄50 %。翰出瓦敷Input Efficiency （%） =X 100 %翰入瓦敷火翰入瓦矍好系彳坦瓦特表言到的功率值，不含功率因敷的虚功率（Cose）AC Input Power Factor :交流功率因敷（Cose），表示翰入tffit流的相位差，一般SMPS的翰入阻抗舄t容性（因 翰入有一侗大t容），t波形将落彳爰t流波形，而BB品刖呈现t感性，t波形将超前t流波形；逼彳重使t厘舆 t流不同相位，将坐寸畿t蔽造成虚功率，其值的大小褊亥相位差角度取Cos值，例如：有一部SMPS使AC翰入tJl波形 落彳爰t流波形45。，刖Cose

11、 = 0.707,表示若tB供雁100瓦交流t力（t表到）合亥SMPS，刖督祭功率只有70.7 瓦，如果亥SMPS的效率舄50%，刖翰出端得到的功率翰出舄35.35瓦，意思就是我於亥SMPS翰出端戴35.35 瓦，坐揆tB蕤兑是100瓦的戴俺表到）。而一般未加功率因勤甫值的SMPS，在AC 115V畤Cose = 0.6 ,AC 230V 畤Cose = 0.5，甚至更低，不雉想像舄何匾欠洲要要求SMPS加入功率因敷甫儡泉路。附言主：功率因敷甫儡泉路分舄主重力式（Active）舆被重力式（Pasive），主重力式的Cose = 0.9 Min.,而被重力式的Cose = 0.7 Typ.AC或

12、DC翰出要求：Output Accuracy :翰出t厘容言午森差值（%），一般舄5%，翰出t厘筒稍VoMax. Load :最大翰出戴t流（A），亦即舄亥SMPS言殳言十的最大翰出瓦敷，因舄P = 刈，例如：一部5V的SMPS， 票示最大翰出戴t流Io = 2A，即表示最大持翰出瓦敷=10W.Min. Load :最小翰出戴t流（A），票示最小的翰出戴t流，表示亥SMPS舄签隹持翰出t厘穗定，所需的最小翰出t 流，Adapter 的 Min. Load 舄 0 A.Peak Load :短畤爵俞出戴1流（A）,鄙再：Ipeak,表示亥SMPS可允言午短畤冏的翰出戴1流，通常畤冏舄30秒, 而

13、戴舄Max. Load的1.2一1.5倍，视戴的走品而不同。例如僖真横Ipeak舄Io的5倍左右，External Hard Disk舄 1.4倍左右。Output Ripple :漉波（mV），由於SMPS本身是靠速不停的振氤 有一固基本震谡原率，每T固遇期都有ON舆OFF, 翰出t容不停的充放1,於是翰出1厘上就重叠著一侗交流的成分，稍舄漉波。亥漉波随戴大小而燮，一般舄翰出1厘值 的1%，例如：5V翰出畤，漉波规格舄50mV Max.Output Noise :雅言刊（mV），以前面SMPS架耦中的Fly-Back舄例，可以看到初级端有MOS Q1,次应端有Diode D1, 在每一侗遇期

14、ON/OFF畤，由於半毒髓的特性，富打或1，都畲有上升舆下降的畤冏延理，而在ON/OFF 熊 畤，MOS Q1舆Diode D1畲有一桎短暂的畤冏是同畤ON,此畤就1路而言畲走生很大的1流通遗Q1、D1,於是在翰出 1E上B生雅凯逼同畤也是EMI不良的兜手，一般的SMPS很雉克服逼冏题，都是靠翰出端再串一级LC滤波詹见 方墟H），而且规簸测畤，示波器原宽要小於20 MHz，亚且需要亚聊1容，逼在是不得已的。Hold-Up Time :签隹持畤冏（mS）,富AC翰入1厘OFF （1檄、停1）畤，翰出1厘签隹持正常的持编寺冏，通常中票示舄 20 mS / 115Vac,60Hz Full Load

15、，亥值是由翰入1容舆燮厘器的圈比来夬定，1容越大隹持畤冏越辰。Rise Time :翰出上升畤冏（mS）,翰出1圜您10%爬升到90%的畤冏，通常舄50 mS.Power Good Signal :翰出OK （mS）,-般 PC用到多鲍翰出，制吏各1路弱作正常，於是需要於期貌寺，有一固膂步走 的飘虢，代表各值1厘已完全正常。亥言刊虢的规格舄；比+ 5V延理100500 mS。Power Fail Signal :翰出Fail （mS）,舆Power Good是同一侗飘虢PIN,富1源OFF畤亥言刊虢需提早屋帚零，通知CPU 1源已经OFF 了，起快将亥存的黄料存起来。亥言刊虢的翩格舄；比+ 5

16、V提早1 mS Min.Over-Shoot :由於SMPS受限於振谡原率，辨俞出1厘照法像Linear 路般赚寺监控著，於是富翰出戴切痴寺（比如重 戴切鞭戴），翰出1厘畲有一段盲黑占，出现往上彳重i的现象，定羲往上彳重i多少就稍舄Over-Shoot,般舄5%。Under-Shoot :如同Over-Shoot,输出1厘在盲黑乩寺也畲往下掉，定羲往下掉多少就布再舄Under -Shoot, 一般舄5%。Line Regulation :翰入穗厘率（%），富翰入1厘由最低（90Vac）燮化到最高（135Vac）,此畤翰出1厘的燮化率稍舄Line Regulation，例如：输入1厘90Vac

17、畤 Vo = Vo90,输入1厘 115Vac 畤 Vo = Vo115,输入1厘 135Vac 畤 Vo = Vo135, 取最大偏差值舆115Vac比更郊寺，算法如下Vo最大偏差值-Vo115Line Regulation （%） =X 100 %Vo115大通常规格舄1 %Load Regulation : 朝慧厘率（%），富戴1流由最低（Min. Load）燮化到最高（Max. Load）,此畤翰出1厘的燮化率 稍舄Load Regulation，例如：最低戴1流畤Vo = Vo ML,最高戴1流畤Vo = Vo FL,算法如下Vo ML (Min. Load) - Vo FL (Ma

18、x. Load)Load Regulation (%) - Vo FL (Max. Load)X 1 %此畤Min. Load的大小坐寸戴穗厘率的影警非常大 需要舆客户密切的清通 如果Min. Load *票示太小 而Load Regulation 要求也要小，具虞必要加上假戴在SMPS逼一端，造成Input Efficiency又比更交雉符合。通常规格舄5 %，但畲随著翰出的鲍敷增多或邀用的t路架耦而不同沮匾的定羲也畲因各侗蔽家的割而不同Cross Regulation :交互穗厘率(%)，富SMPS翰出不只一鲍畤，另外一鲍戴的鞭舆重畲坐寸本鲍翰出造成影警，例如： V1 = +5V, V2

19、= +12V，+12V的戴鞭舆重情兄畲造成+5V的翰出燮化，再加上+5V本身戴也有鞭舆重，於是走生4彳重 鲍合情形，珈堇算其中+5V本身於鞭熊寺的算法如下+5Vo (+12V 2% Load) - +5Vo (+12V 1% Load)Cross Regulation (%) =X 1 %+5V (+12V 1% Load)通常规格定羲各鲍戴燮化=2 % - 1 % Full Load，由於翰出越多刖鲍合情形越多，生BB情兄最差畤的鲍 合彳条件来测Combine Regulation :粽合穗厘率(%)，将Line Regulation舆Load Regulation的条件同日寺加入SMPS沮

20、匾，算法同 上Transient Recovery Time (Transient Response):富戴由规定的速度(A/uSec)燮化某一彳固 % Full Load 日寺，输出t 厘恢愎穗定所需的畤冏，一般规格舄25 mS Max.巽常使用保 (Protection)Over Voltage Protection : tffi保莲 就俞出t厘上升到某一噩定t圜寺，遗t厘保t路即畿生珈作，使翰出t摩降到 零或签隹持某一言殳定的值，建到保 SMPS的目的；一般规定tffi正常t厘的1.11.3倍。Over Current (Load) Protection :遗t流保莲富翰出t流增加到某一

21、殳定值畤，遗t流保t路即畿生重力作，使翰出t流 不再增加，甚或降到零或隹持某一殳定的值，建到保 SMPS的目的。通常有加入参敷者，即需要加上定t流t路Over Power Protection :遗功率保莲就俞出瓦敷增加到某一殳定值畤，遗功率保t路即畿生珈作，使翰出瓦敷不再增 加，逵而往下降直到降舄零，建到保 SMPS的目的。Over Temperature Protection :遗温度保莲富SMPS本身某一含有值测温度t路的零件建到殳定的温度畤，即蠲畿t路 珈作，使 SMPS停止翰出，逵而使温度下降，建到保 SMPS的目的。操作璞境要求(Operation Environment)Temp

22、erature :全戴情兄下，可容言午的操作温度簸圉，例如：。厂4CHumility :指 SMPS可容午的海度璞境，例如：2%一85% RHAttitude :指 SMPS可容言午的相坐寸高度，例如：10000 ftVibration :指 SMPS符合的震珈1条件，参见各蔽家的要求。Shock :指 SMPS符合的彳重i挈条件，参见各蔽家的要求。Cooling :冷谷口方式，一般有：Air Convection (坐寸流):自然散熟Conduction (WW):以散熟器常忙散熟Air Force (囤扇)：以囤扇吹Safety(安却及各HI1家中票莘Leakage Current :(漏

23、雷流)指翰入端坐寸外克殳的漏t流量,一般商棠用舄750 uA,一般酱瘵安规舄250 uA,美阈地匾甚至要求100 uA以下Hi-Pot Test :(耐高厘测)有接地的系统(Class I.)要求：初级(Primary) 次级(Secondary) : 1500 Vac / 60 秒初级(Primary) 接地(F.G.): 1500 Vac / 60 秒照接地的系统(Class II.)要求：初级(Primary) 次级(Secondary) : 3000 Vac / 60 秒 常见的安规LOGO如下：UL美阈CSA加拿大TUV匾欠洲VDE德阈T-Mark日本Semko / Nemko / Demk