电源小白入门学习1——电源系统架构和相关指标

电源小白入门学习1——电源系统架构和相关指标

  • 电源系统架构
  • 电源系统的指标及测量方法
    • 电源的效率
    • 电源的静态电流
    • 输出电压调整率
    • 纹波测量的注意事项
    • 动态负载测试

在开始本期内容之气,我先简单介绍一下我们电源小白学习系列内容:首先我是一个嵌入式小白,希望学习一些关于嵌入式的相关知识,前期的话,主要是许学习一些关于嵌入式软件的内容,对硬件方面缺乏一些学习,希望以此来记录的督促学习,对于嵌入式硬件来说,一个合格的电源是必不可少的,于是就有了这个系列,本期内容学习至 : 亚德诺半导体的电源大咖课系列视频 原版视频讲解十分通透,推荐大家去看看,很适合新手小白学习。

电源系统架构

  1. 什么是电源系统架构

电源系统架构是指电子设备中用于提供电能的组织结构和设计。它涉及到整个电源系统的各个组成部分,包括电源源头、电源转换器、电源管理器、电源分配和电源保护等。

  • 对于我们的手机充电器,需要将220V的交流点转化为5V的直流电,再给手机充电,而手机内部需要将5V的电压在转化为需要的电压,以内部供电。
  • 对于通讯系统,我们往往需要将220V的交流电,转化为48V的直流电,再将48V转化为12V,12V再通过我们常见的一些电路(DCDC)转化我们需要的电压供电
  • 包括我们经常使用的一些开发板,都会有一些电源转换的电源模块,构成我们的电源系统

电源系统的指标及测量方法

电源的效率

  1. 电源的效率 = 输出功率 / 输入功率
  2. 冷机效率; 指的是电源刚启动的的电源转换效率
  3. 热机效率:值得是电源稳定运行一段时间后的电源效率

随着电源运行时间的增加,温度会是电源的转换效率降低,因此,热机效率往往低于冷机效率

电源的静态电流

电源的静态电流是指在没有外部负载的情况下,电源用于维持自生的工作需求所消耗的电流。

对于一个稳定的产品(或者使用一些电池供电的产品&DIY设计),静态电流越低,待机时长就会越长。

静态电流一般都比较小,往往在几mA或者uA级别。

以下是静态电流的测量方法:
在这里插入图片描述

在输入回路串联一个电阻,测量电阻两端的电压,就可以计算出静态电流,但由于在系统启动时,需要先对系统内部的一些电容进行充电,所以一开始测量到的并不是静态电流,需要在上电前接入一个二极管,让系统顺利启动,完成后再去掉二极管,这时测量到的才是静态电流。

输出电压调整率

  1. 源调整率

指的是在输入电源发送改变时,输出电压的变化占理论值的百分比。

  1. 负载调整率

指的是在电源的负载发送改变时,输出电压的变化占理论值的百分比

3.温度调整率

指的是在环境温度改变时,输出电压的变化占理论值的百分比。

纹波测量的注意事项

  1. 20MHz带宽

在测试纹波的时候需要使用20MHz的带宽限制,目的是为了把高频的噪声去掉,位置要选择在电源输出位置,抓到真实的电源纹波。

下面是纹波与噪声的对比

  • 纹波:频率固定,与开关电源的开关频率有关,一般认为<= 5MHz,影响芯片的基本性能额稳定性
  • 噪声1;频率不固定,与用电器具有关,一般认为>=20MHz,影响数据可靠性,丢包、错包概率。
    在这里插入图片描述
  1. 使用最小的接地环

把示波器探头的地夹线去掉,换上弹簧接地环,用探针靠接电源的输出端,接地环就近连接在裸露的地上,观察输出的波形。
在这里插入图片描述

  • 通用的示波器探头连线较长,容易受电磁干扰影响。
  • 测试的位置应该位于电源输出端或者用电芯片的电源引脚,注意要带负载测试。

下面是一些纹波的改善方法

纹波由于开关电源的结构(开关管的开关)导致无法去除,所以只能改善。

  • 优化PCB布线
  • 加大电感(电感越大,纹波越小,动态响应越差,需要注意取舍)
  • 提高电源芯片的开关频率
  • 使用带有纹波抑制的电源芯片

动态负载测试

电源系统的动态负载测试是指对电源系统在负载变化时的响应能力进行测试。这种测试可以评估电源系统在负载突然变化时的过渡特性、稳定性和动态响应能力。

  • 当负载发生变化时,由于电源系统输出的电压稳定,所以表现出来的是负载电流的变化,下图是负载电流发生改变时输出电压的波形。

在这里插入图片描述

如图可见

  • 当负载减小,负载电流增大,由于电感对电流的阻碍,会产生一个反向的感应电动势,也就是负过冲的产生,输出回路上的电容放电,电压回到正常水平。
  • 反之亦然。
  • 对于更大的电容,过冲产生阶段可以释放更多的电流,是的输出电压更快的恢复到正常水平,提高输出的稳定性。
  • 而更大的电感,可以有效的减小输出电压的纹波,过冲也会更明显。

以上就是本期的内容,有些地方我也不是很懂,有不对的地方,还请指正,我们一起进步!!!

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