开关电源原理、设计及实例
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1.4 开关电源的主要技术指标

开关电源的技术指标分为两种:一种是电气技术参数,包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等;另一种是质量指标,用来衡量输出直流电压的稳定程度,包括稳压系数、输出电阻、温度系数及纹波电压等。这些质量指标的含义简述如下。

1.开关电源的电气技术参数

(1)输入电源的相数、频率。根据输出功率的不同,开关电源可采用单相或三相电源供电。当输出功率高于5kW时,通常采用三相电源供电,以使三相负载平衡。我国的工频电源频率为50Hz。

(2)输入额定电压、允许电压波动范围。我国工频电源的额定相电压为220V,线电压为380V。在允许电压波动范围内都要保证额定输出功率。

(3)额定输入电流。额定输入电流指在额定输入电压、额定输出功率时的输入电流。

(4)最大输入电流。最大输入电流指在允许的下限输入电压、额定输出功率时的输入电流。

(5)输入功率因数。输入功率因数指输入有功功率与视在功率的比值。

(6)额定输出直流电压(标称输出直流电压)。额定输出直流电压指在额定输出电流的状态下,满足规定的稳压精度及纹波指标时的最大输出直流电压。

(7)输出电压纹波与噪声。输出电压纹波指输出中与输入电源频率同步的交流成分,用峰-峰值表示。噪声指输出中除纹波以外的交流成分,也用峰-峰值表示。也常用纹波和噪声的总和值减去输出中交流成分的峰-峰值来表示输出中交流分量的大小。

(8)额定输出电流。额定输出电流指额定输出电压时供给负载的最大平均电流。

(9)效率。效率指输出有功功率与输入有功功率之比。

2.开关电源的质量指标

(1)电压调整率SV。电压调整率是表征开关电源稳压性能优劣的重要指标,又称为稳压系数或稳定系数。它表征当输入电压Ui变化时开关电源输出电压Uo稳定的程度,通常以单位输出电压下的输入和输出电压的相对变化的百分比来表示。

(2)电流调整率SI。电流调整率是反映开关电源负载能力的一项主要指标,又称为电流稳定系数。它表征当输入电压不变时,开关电源对由于负载电流(输出电流)变化而引起的输出电压的波动的抑制能力。在规定的负载电流变化的条件下,通常以单位输出电压下的输出电压变化值的百分比来表示开关电源的电流调整率。

(3)纹波抑制比SR。纹波抑制比反映了开关电源对输入端引入的市电电压的抑制能力。当开关电源的输入和输出条件保持不变时,开关电源的纹波抑制比常用输入纹波电压峰-峰值与输出纹波电压峰-峰值之比表示,且一般用分贝数表示,但是有时也可以用百分数表示,或直接用两者的比值表示。

(4)温度稳定性。集成开关电源的温度稳定性是用在所规定的开关电源工作温度Ti的最大变化范围内(TminTiTmax),开关电源输出电压的相对变化的百分比值T来表示的。

3.开关电源的工作指标

开关电源的工作指标是指开关电源能够正常工作的工作区域,以及保证正常工作所必需的工作条件。这些工作指标取决于构成开关电源的元件的性能。

(1)输出电压范围。输出电压范围是指在符合开关电源工作条件的情况下,开关电源能够正常工作的输出电压范围。该指标的上限由最大输入电压和最小输入-输出电压差所决定,而其下限由开关电源内部的基准电压值决定。

(2)最大输入-输出电压差。该指标表征在保证开关电源正常工作的条件下,开关电源所允许的最大输入-输出之间的电压差值。该值主要取决于开关电源内部调整晶体管的耐压指标。

(3)最小输入-输出电压差。该指标表征在保证开关电源正常工作的条件下,开关电源所需的最小输入-输出之间的电压差值。

(4)输出负载电流范围。输出负载电流范围又称为输出电流范围。在这一电流范围内,开关电源应能保证符合指标规范所给出的指标要求。

4.极限参数

(1)最大输入电压。该电压是保证开关电源安全工作的最大输入电压。

(2)最大输出电流。该电流是保证开关电源安全工作所允许的最大输出电流。

5.保护参数

(1)过流保护。这是一种电源负载保护功能,以避免发生包括输出端子上的短路在内的过负载输出电流对电源和负载的损坏。过流的给定值一般是额定电流的110%~130%。

(2)过压保护。这是一种对端子间过大电压进行负载保护的功能。过压一般规定为标称电压的130%~150%。

(3)输出欠压保护。输出欠压保护是指当输出电压在标准值以下时,检测输出电压下降或为保护负载及防止误操作而停止电源并发出报警信号。输出欠压多为输出电压的80%~30%。

此外,还有反映系统动态特性的指标,如突加负载时的动态电压降、调制时间等,以及开关电源的电磁干扰与射频干扰指标等。不同的应用场合对电源的要求有所不同,因此设计开关电源时,首先应根据具体情况确定对电源的技术指标要求,然后选择合适的变换器结构并完成相关参数的设计。