電源小白入門學習1——電源系統架構和相關指標
- 電源系統架構
- 電源系統的指標及測量方法
- 電源的效率
- 電源的靜態電流
- 輸出電壓調整率
- 紋波測量的注意事項
- 動態負載測試
在開始本期內容之氣,我先簡單介紹一下我們電源小白學習系列內容:首先我是一個嵌入式小白,希望學習一些關于嵌入式的相關知識,前期的話,主要是許學習一些關于嵌入式軟件的內容,對硬件方面缺乏一些學習,希望以此來記錄的督促學習,對于嵌入式硬件來說,一個合格的電源是必不可少的,于是就有了這個系列,本期內容學習至 : 亞德諾半導體的電源大咖課系列視頻 原版視頻講解十分通透,推薦大家去看看,很適合新手小白學習。
電源系統架構
- 什么是電源系統架構
電源系統架構是指電子設備中用于提供電能的組織結構和設計。它涉及到整個電源系統的各個組成部分,包括電源源頭、電源轉換器、電源管理器、電源分配和電源保護等。
- 對于我們的手機充電器,需要將220V的交流點轉化為5V的直流電,再給手機充電,而手機內部需要將5V的電壓在轉化為需要的電壓,以內部供電。
- 對于通訊系統,我們往往需要將220V的交流電,轉化為48V的直流電,再將48V轉化為12V,12V再通過我們常見的一些電路(DCDC)轉化我們需要的電壓供電
- 包括我們經常使用的一些開發板,都會有一些電源轉換的電源模塊,構成我們的電源系統
電源系統的指標及測量方法
電源的效率
- 電源的效率 = 輸出功率 / 輸入功率
- 冷機效率; 指的是電源剛啟動的的電源轉換效率
- 熱機效率:值得是電源穩定運行一段時間后的電源效率
隨著電源運行時間的增加,溫度會是電源的轉換效率降低,因此,熱機效率往往低于冷機效率
電源的靜態電流
電源的靜態電流是指在沒有外部負載的情況下,電源用于維持自生的工作需求所消耗的電流。
對于一個穩定的產品(或者使用一些電池供電的產品&DIY設計),靜態電流越低,待機時長就會越長。
靜態電流一般都比較小,往往在幾mA或者uA級別。
以下是靜態電流的測量方法:
在輸入回路串聯一個電阻,測量電阻兩端的電壓,就可以計算出靜態電流,但由于在系統啟動時,需要先對系統內部的一些電容進行充電,所以一開始測量到的并不是靜態電流,需要在上電前接入一個二極管,讓系統順利啟動,完成后再去掉二極管,這時測量到的才是靜態電流。
輸出電壓調整率
- 源調整率
指的是在輸入電源發送改變時,輸出電壓的變化占理論值的百分比。
- 負載調整率
指的是在電源的負載發送改變時,輸出電壓的變化占理論值的百分比
3.溫度調整率
指的是在環境溫度改變時,輸出電壓的變化占理論值的百分比。
紋波測量的注意事項
- 20MHz帶寬
在測試紋波的時候需要使用20MHz的帶寬限制,目的是為了把高頻的噪聲去掉,位置要選擇在電源輸出位置,抓到真實的電源紋波。
下面是紋波與噪聲的對比
- 紋波:頻率固定,與開關電源的開關頻率有關,一般認為<= 5MHz,影響芯片的基本性能額穩定性
- 噪聲1;頻率不固定,與用電器具有關,一般認為>=20MHz,影響數據可靠性,丟包、錯包概率。
- 使用最小的接地環
把示波器探頭的地夾線去掉,換上彈簧接地環,用探針靠接電源的輸出端,接地環就近連接在裸露的地上,觀察輸出的波形。
- 通用的示波器探頭連線較長,容易受電磁干擾影響。
- 測試的位置應該位于電源輸出端或者用電芯片的電源引腳,注意要帶負載測試。
下面是一些紋波的改善方法
紋波由于開關電源的結構(開關管的開關)導致無法去除,所以只能改善。
- 優化PCB布線
- 加大電感(電感越大,紋波越小,動態響應越差,需要注意取舍)
- 提高電源芯片的開關頻率
- 使用帶有紋波抑制的電源芯片
動態負載測試
電源系統的動態負載測試是指對電源系統在負載變化時的響應能力進行測試。這種測試可以評估電源系統在負載突然變化時的過渡特性、穩定性和動態響應能力。
- 當負載發生變化時,由于電源系統輸出的電壓穩定,所以表現出來的是負載電流的變化,下圖是負載電流發生改變時輸出電壓的波形。
如圖可見
- 當負載減小,負載電流增大,由于電感對電流的阻礙,會產生一個反向的感應電動勢,也就是負過沖的產生,輸出回路上的電容放電,電壓回到正常水平。
- 反之亦然。
- 對于更大的電容,過沖產生階段可以釋放更多的電流,是的輸出電壓更快的恢復到正常水平,提高輸出的穩定性。
- 而更大的電感,可以有效的減小輸出電壓的紋波,過沖也會更明顯。
以上就是本期的內容,有些地方我也不是很懂,有不對的地方,還請指正,我們一起進步!!!