設計技術文章

Design technology article

晶闸管应用电路–进行功率控制电路 晶闸管能够控制传输到负载的功率。通常需要根据负载要求(例如电机速度控制和调光器)来改变提供给负载的功率。在这种情况下,用传统的可调电位器改变功率不是一种可靠的方法,因为功耗很大。为了降低大功率电路中的这种功耗,晶闸管是功率控制器件的最佳选择。 1、晶闸管交流功率控制电路–半波相位控制位控制是晶闸管交流功率控制的最常见形式,可以如下图所示构建基本的交流相位控制电路。这里晶闸管栅极电压通过触发二极管 D1 从 RC 充电电路获得。在晶闸管正向偏置的正半周期期间,电容 C 通过电阻 R1 随交流电源电压充电。只有当A点的电压上升到足以使触发二极管 D1导通并且电容器放电到晶闸管的栅极时,栅极才会被激活,从而将其“导通”。导通开始的正半周期的持续时间由可变电阻 R1设置的 RC 时间常数控制。 交流相位功率控制电路 增加 R1 的值会延迟提供给晶闸管栅极的触发电压和电流,这反过来会导致器件导通时间滞后。因此,可以将器件导通的半周期的分数控制在 0 到 180 o之间,这意味着可以调整灯消耗的平均功率。但是,晶闸管是单向器件,因此在每个正半周期内最多只能提供 50% 的功率。有多种方法可以使用“晶闸管”实现 100% 全波交流控制。一种方法是在二极管桥式整流器电路中包含单个晶闸管,将交流电转换为通过晶闸管的单向电流,而更常见的方法是使用两个反向并联的晶闸管。更实用的方法是使用单个双向可控硅,因为该设备可以双向触发,因此适合交流开关应用。 晶闸管应用电路–半波整流 下面的电路显示了使用了晶闸管的单相半波整流电路,与可变电阻串联的二极管连接到负责触发 晶闸管的栅极。 晶闸管应用电路–半波整流 在交流输入信号的负半周期期间,可控硅反向偏置。因此,没有电流流过负载。在输入的负半周期期间,晶闸管正向偏置。如果改变电阻以使最小触发电流施加到栅极,则 晶闸管将打开。因此电流开始流向负载。如果栅极电流较高,则 晶闸管开启时的电源电压将较低。晶闸管开始导通的角度称为触发角。对于这个整流器电路,触发角只能在正半周期内变化。因此,通过改变触发角或栅极电流(通过改变该电路中的电阻),可以使 晶闸管导通部分或全部正半周期,从而改变馈入负载的平均功率。 晶闸管应用电路–全波整流 在全波整流器中,输入电源的正波和负波都被整流。因此,与半波整流器相比,直流电压的平均值较高,纹波含量也较少。下图显示了由两个与中心抽头变压器相连的可控硅组成的全波整流电路 晶闸管应用电路–全波整流 在输入的正半周期内,SCR1 正向偏置,SCR2 反向偏置。通过施加适当的栅极信号,SCR1 开启,因此负载电流开始流过它。在输入的负半周期,SCR2 正向偏置,SCR1 反向偏置。栅极触发时,SCR2 开启,因此负载电流流过 SCR2。因此,通过改变 SCR 的触发电流,传递给负载的平均功率会发生变化。 晶闸管应用电路–全波桥式整流 除了使用中心抽头变压器,还可以在桥式配置中使用四个 SCR 来获得全波整流。在输入的正半周期内,SCR1 和 SCR2 处于导通状态。在负半周期间,SCR3 […]
2022-09-18 205
電源並不是一個簡單的小盒子,它相當於有源器件的心臟,源源不斷的向元器件提供能量。 電源的好壞,直接影響到元器件的性能。   電源的設計、製造及品質管理等測試需要精密的電子儀器設備來模擬電源供應器實際工作時之各項特性(亦即為各項規格),並驗證通過後才能投入使用。   工程師在設計或者測評電源時須知考慮以下要素: 一. 描述輸入電壓影響輸出電壓幾個指標形式   1. 穩壓係數 A.穩壓係數:表示負載不變時,穩壓電源輸出直流變化量△U0與輸入電網變化量△Ui之比。即:K=△U0/△Ui。 B. 相對穩壓係數:表示負載不變時,穩壓器輸出直流電壓△Uo的相對變化量△Uo與輸出電網 Ui 的相對變化量Ui之比。即:S=△Uo/Uo /△Ui/Ui。 電網調整率 它表示輸入電網電壓由額定值變化±10%時,穩壓電源輸出電壓的相對變化量,有時也以表示。 電壓穩定度 負載電流保持為額定範圍內的任何值,輸入電壓在規定的範圍內變化所引起的輸出電壓相對變化△Uo/Uo百分值),稱為穩壓器的電壓穩定度。 二. 負載對輸出電壓影響的幾種指標形式   1. 負載調整率(也稱電流調整率)   在額定電網電壓下,負載電流從零變化到時,輸出電壓的相對變化量,常用百分數表示,有時也用變化量表示。 2. 輸出電阻(也稱等效內阻或內阻) 在額定電網電壓下,由於負載電流變化△IL引起輸出電壓變化△Uo,則輸出電阻為Ro=|△Uo/△IL| 歐。 三. 紋波電壓的幾個指標形式   1. 紋波電壓   在額定輸出電壓和負載電流下,輸出電壓的紋波(包括雜訊)的的大小,通常以峰峰值或有效值表示。 2. 紋波係數 Y(%) 在額定負載電流下,輸出紋波電壓的有效值Urms與輸出直流電壓 Uo 之比,即y=Umrs/Uo x100% 3. 紋波電壓抑制比 在規定的紋波頻率(例如 50Hz)下,輸出電壓中的紋波電壓 Ui~與輸出電壓中的紋波電壓 Uo~之比,即:紋波電壓抑制比=Ui~/Uo~ 。 這裏聲明一下:雜訊不同於紋波。紋波是出現在輸出端子間的一種與輸入頻率和開關頻率同步的成分,用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在輸出電壓的 […]
2022-09-06 161
01  反復短路測試 測試說明:在各種輸入和輸出狀態下將模組輸出短路,模組應能實現保護或回縮,反復多次短路,故障排除後,模組應該能自動恢復正常運行。 測試方法: a、空載到短路:在輸入電壓全範圍內,將模組從空載到短路,模組應能正常實現輸出限流或回縮,短路排除後,模組應能恢復正常工作。讓模組反復從空載到短路不斷的工作,短路時間為1s,放開時間為1s,持續時間為2小時。這以後,短路放開,判斷模組是否能夠正常工作; b、滿載到短路:在輸入電壓全範圍內,將模組從滿載到短路,模組應能正常實現輸出限流或回縮,短路排除後,模組應能恢復正常工作。讓模組從滿載到短路然後保持短路狀態2小時。然後短路放開,判斷模組是否能夠正常工作; c、短路開機:將模組的輸出先短路,再上市電,再模組的輸入電壓範圍內上電,模組應能實現正常的限流或回縮,短路故障排除後,模組應能恢復正常工作,重複上述試驗10次後,讓短路放開,判斷模組是否能夠正常工作。 判定標準: 上述試驗後,電源模組開機能正常工作;開機殼檢查,電路板及其他部分無異常現象(如輸入繼電器在短路的過程中觸電是否粘住了等),合格;否則不合格。 02  反復開關機測試   測試說明:電源模組輸出帶最大負載情況下,輸入電壓分別為220v,(輸入過壓點-5v)和(輸入欠壓點+5v)條件下,輸入反復開關,測試電源模組反復開關機的性能。 測試方法: a、輸入電壓為220v,電源模組快帶最大負載,用接觸器控制電壓輸入,合15s,斷開5s(或者可以用ac source進行模擬),連續運行2小時,電源模組應能正常工作; b、輸入電壓為過壓點-5v,電源模組帶最大負載,用接觸器控制電壓輸入,合15s,斷開5s(或者可以用ac source進行模擬),連續運行2小時,電源模組應能正常工作; c、輸入電壓為欠壓點-5v,電源模組帶最大負載,用接觸器控制電壓輸入,合15s,斷開5s(或者可以用ac source進行模擬),連續運行2小時,電源模組應能正常工作。 判斷標準: 以上試驗中,電源模組工作正常,試驗後電源模組能正常工作,性能無明顯變化,合格;否則不合格。 03  輸入低壓點迴圈測試   測試說明:一次電源模組的輸入欠壓點保護的設置回差,往往發生以下情況:輸入電壓較低,接近一次電源模組欠壓點關斷,帶載時欠壓,斷後,由於電源內阻原因,負載卸掉後電壓將上升,可能造成一次電源模組處於在低壓時反復開發的狀態。 測試方法: 電源模組帶滿載運行,輸入電壓從(輸入欠壓點-3v)到(輸入欠壓點+3v)緩慢變化,時間設置為5~8分鐘,反復迴圈運行,電源模組應能正常穩定工作,連續運行最少0.5小時,電源模組性能無明顯變化。 判定標準: 一次電源模組正常連續運行,最少0.5小時後性能無明顯變化,合格;否則不合格。 04  輸入瞬態高壓測試   測試說明:pfc電路採用平均值電路進行過欠壓保護,因此在輸入瞬態高壓時,pfc電路可能會很快實現保護,從而造成損壞,測試一次電源模組在瞬態情況下的穩定運行能力以評估可靠性。 測試方法: a、額定電壓輸入,用雙蹤示波器測試輸入電壓波形合過壓保護信號,輸入電壓從限功率點加5v跳變為300v,從示波器上讀出過壓保護前300v的週期數n,作為以下試驗的依據; b、額定輸入電壓,電源模組帶滿載運行,在輸入上疊加300v的電壓跳變,疊加的週期數為(n-1),疊加頻率為1次/30s,共運行3小時。 判定標準: 一次電源模組在上述條件下能夠穩定運行,不出現損壞或其他不正常現象,合格;否則不合格。   文章整理自網路,如有侵權 請聯繫刪除  
2022-08-18 671
註意PCB布線中設計浪湧電流的大小 在測試的時候,經常會碰到原先設計的 PCB 無法滿足浪湧的需求。一般工程師設計的時候,只考慮到了系統功能性的設計,比如系統實際工作時只需承載1A 的電流,設計時就按這個去設計,但有可能系統需要的浪湧設計,瞬態浪湧電流要達到3KA(1.2/50us&8/20us),那麽現在我按1A的實際工作電流去設計的話,是否可以達到上述瞬態浪湧的能力了?實際有經驗的工程是告訴我們這是不可能的,那麽怎麽辦才好?下面有一個計算的方式可以作為PCB布線承載瞬間電流的一個依據:例如:0.36mm寬度的1oz銅箔,厚度35um的線條中一個40us矩形電流浪湧,最大浪湧電流約為580A。如果要做一個5KA(8/20us) 的防護設計,那麽前端的PCB 布線的合理應該是2 oz銅箔0.9mm寬度.安全器件可以將寬度適當放寬。 註意浪湧端口元器件布局時應有的安全間距 浪湧端口的設計除了我們要按正常的工作電壓設計的安全間距外,我們還要考慮瞬態浪湧的安全間距。關於正常工作電壓設計時的安全間距我們可以參考UL60950的相關規範。另外我們以UL在UL796標準中規定了印製線路板耐壓的測試標準是40V/mil或1.6KV/mm。這一數據指導在PCB導線之間設置能夠承受Hipot的耐壓試驗的安全間距非常有用。 舉例,根據60950-1表5B的規定,500V的工作電壓之間的導體應該要滿足1740Vrms的耐壓試驗,而1740Vrms的峰值應該是1740X1.414=2460V。根據40V/mil的設置標準, 可以計算出PCB兩導體之間的間距應該不小於2460/40=62mil或1.6mm。 而浪湧除了上面正常的註意事外,還要註意施加浪湧的大小,和保護器件的特性來增加安全間距,以1.6mm的間距計算,其最大截止的爬電電壓為2460V,如果我們浪湧的電壓高達6KV,甚至是12KV ,那麽這個安全間距是否增加要取決於浪湧過壓保護器件的特性,這也是我們工程師經常在實驗遇到浪湧爬電時巨大的響聲。 以陶瓷放電管為例,在要求1740V的耐壓時,我們選擇的器件應該是2200V的,而它在上述浪湧的情況下,其放電的尖峰電壓高達4500V,此時按照上面的計算方式,我們的安全間距是:4500/1600*1mm=2.8125mm. 註意PCB中過壓防護器件的位置 防護器件的位置主要設置在被保護端口的前端位置,特別是該端口具有多個分支或者回路的時候,如果設置旁路或者是靠後的位置,其保護的效果性能將大大減小。現實中我們有時候因為位置不夠,或者為了布局的美觀性,這些問題時常被遺忘。 註意大電流回流路徑 大電流回流路徑一定要靠近電源地或者是外殼的大地,路徑越長,回流阻抗越大,瞬態電流引起的地電平升高的幅度就越大,這個電壓對諸多芯片的影響是極大的,同時也是系統復位、鎖死的真兇。
2022-07-15 274
提到低功耗、大電流、超高速半導體器件,很多工程師肯定能首先想到肖特基二極管(SBD)。但是你真的會用肖特基二極管嗎?和其他的二極管比起來,肖特基二極管又有什麽特別之處呢?下面一起來劃重點吧。 ✦ 肖特基二極管的關鍵參數 ✦ 肖特基二極管廣泛應用於開關電源、變頻器、驅動器等電路中。在不同的應用中,需要考慮不同的因素,而且,不同的器件在性能上也有差別,因此,在選用肖特基二極管時,下面這些關鍵參數需要綜合考慮。1、導通壓降VFVF為二極管正向導通時二極管兩端的壓降,當通過二極管的電流越大,VF越大;當二極管溫度越高時,VF越小。 2、反向飽和漏電流IRIR指在二極管兩端加入反向電壓時,流過二極管的電流,肖特基二極管反向漏電流較大,選擇肖特基二極管是盡量選擇IR較小的二極管。 3、額定電流IF指二極管長期運行時,根據允許溫升折算出來的平均電流值。 4. 最大浪湧電流IFSM 允許流過的過量的正向電流。它不是正常電流,而是瞬間電流,這個值相當大。 5.最大反向峰值電壓VRM即使沒有反向電流,只要不斷地提高反向電壓,遲早會使二極管損壞。這種能加上的反向電壓,不是瞬時電壓,而是反復加上的正反向電壓。因給整流器加的是交流電壓,它的最大值是規定的重要因子。最大反向峰值電壓VRM指為避免擊穿所能加的最大反向電壓。目前肖特基最高的VRM值為150V。 6. 最大直流反向電壓VR上述最大反向峰值電壓是反復加上的峰值電壓,VR是連續加直流電壓時的值。用於直流電路,最大直流反向電壓對於確定允許值和上限值是很重要的.7.最高工作頻率fM由於PN結的結電容存在,當工作頻率超過某一值時,它的單向導電性將變差。肖特基二極管的fM值較高,最大可達100GHz。 8.反向恢復時間Trr當工作電壓從正向電壓變成反向電壓時,二極管工作的理想情況是電流能瞬時截止。實際上,一般要延遲一點點時間。決定電流截止延時的量,就是反向恢復時間。雖然它直接影響二極管的開關速度,但不一定說這個值小就好。也即當二極管由導通突然反向時,反向電流由很大衰減到接近IR時所需要的時間。大功率開關管工作在高頻開關狀態時,此項指標至為重要。 9. 最大耗散功率P二極管中有電流流過,就會吸熱,而使自身溫度升高。在實際中外部散熱狀況對P也是影響很大。具體講就是加在二極管兩端的電壓乘以流過的電流加上反向恢復損耗。 肖特基二極管工作參數
2022-06-25 246
LDO基本原理 LDO是Low Dropout Regulator的缩写,意思是低压差线性稳压器。低压差 是指输入电压-输出电压的值比较低。传统的线性稳压器压差高达2V,而LDO的压差只有几百mV。线性 是指PMOS基本处于线性工作状态(传统的线性稳压器是PNP原理,也工作在线性放大状态)。 稳压器 是指在正常的VIN范围内,输出VOUT都稳定在一个固定值,这个固定值就是我们想要的电压值。比如VIN是电池电压3~4.4V,VOUT始终保持2.7V输出。 下图是一个简单的LDO原理框图: LDO是一个负反馈系统,当VOUT增大,R2上电压增大,放大器输出电压增大,PMOS的VGS电压减小,这样PMOS输出电流减小,电压也减小。所有的LDO都是同样的负反馈原理。我们经常拿LDO与DCDC做对比,两者的原理差别很大,特性也不一样:LDO简单,功率小,效率低,噪声非常低。DCDC复杂,功率大,效率高,噪声也很高。重点说明一下,LDO有非常好的噪声隔离作用,具体指标是PSRR,它表示输出噪声对输入噪声的比值。在一些对噪声敏感的电路中,如ADC,DAC,Camera sensor模拟电压等,必须选择LDO,而且是高PSRR的LDO,而不是DCDC。下文解释一些LDO的关键技术指标。 LDO关键参数的理解 以TOSHIBA的TCR3DG系列LDO为例,解释一下LOD的各项参数指标。这个系列的LDO在手机行业应用非常多。2.1压差(Drop-out Voltage)压差是指保证VOUT输出电压、电流情况下,VIN与VOUT的最小电压差。这个压差可以理解为LDO输出电流在PMOS上的压降。PMOS有导通电阻,假设VIN=3.4V,VOUT=3.2V,输出电流300mA,则可以推算出PMOS的内阻是 LDO工作必须满足压差要求,但压差不是一个固定值,它与IOUT大小有关。下图是一个VOUT=1V的LDO的输出电流与压差要求的关系曲线,可见输出电流越小,对压差要求也越小。压差越小,LDO的效率越高。所以尽量不要让LDO工作在接近极限的大电流状态,否则效率很低,LDO发热严重,容易烧毁。 2.2效率LDO效率定义如下: 其实IOUT和IIN基本是相等的,因为IIN就比IOUT多了个IGND,这个电流非常小,几乎可以忽略。所以效率公式简化如下。 可以简单把LDO看做是一个稳压管,压差越小,LDO的效率越高。2.3静态电流(IQ)静态电流Quiescent Current是外部负载电流为0时,LDO内部电路供电所需的电流。内部电路包括带隙基准电压源、误差放大器、输出分压器以及过流和过温检测电路。这个电流经过从LDO的GND流出。   静态电流受温度和输入电压影响较大,高性能的ADI品牌LDO可能做到静态电流对温度电压不敏感。下面两幅图是一个普通的LDO静态电流随VIN和温度变化的曲线。常温下静态电流一般在uA和nA级别。 当输出电流增大时,这个时候的静态电流IQ,我们称期为IGND,某些大功率的LDO,IGND也到了mA的级别: 大部分LDO的IQ很小,它是衡量LDO在低负载情况下的自身消耗的一个重要指标,IQ越小越好。在消费类电子领域,低IQ有利于更长的续航时间,低IQ值显得尤为重要。2.4关断电流LDO的输出使能管脚ENn拉低后,VOUT=0V,此时VIN上消耗的电流就是关断电流IQ(OFF)。关断电流最高不会超过几个uA。 2.5负载瞬态响应 负载电流IOUT阶跃变化时,输出电压VOUT的变化率。它与输出端的电容值,电容的ESR,LDO控制环路的增益带宽以及负载电流变化的大小和速率有关。文章开头已经讲了,LDO是一个负反馈回路,其相位裕量越大,负载的瞬态响应越好。 原文链接:https://blog.csdn.net/AirCity123/article/details/104213243 文章整理自网络,如有侵权,请联系删除!
2022-06-18 342