电源应用指南(二)
二. 电源的合理应用
1. 连接导线的尺寸
在选择电源时,除了考虑输出电压、电流外,还应重视负载连接导线的电阻.如图1所示的是一个最简单的电源应用实例.一个带有4安负载的5伏输出电源,如果使用0.54米长的18#AWG铜导线来连接,连接回路的总电阻就应为19.2mΩ(9.6 mΩ×2).在4A的负载电流下,连线上就产生了76.8mV的降压,为输出电压5V的1.5%.如果电源自身的负载调整率为0.1%,那么由于连接导线的电阻,使负载调整率下降为1.6%.为减小连线电阻所造成的这种影响,应该尽可能地缩短电源输出端与负载间的距离,并增大连接导线的截面积.
连线电阻 #18AWG铜线
+5V 9.6mΩ
-
图1 简单负载及连线电阻
对于大的负载电流,应该在设计时就考虑到回路压降以及其对负载调整率的影响.同样,也应该考虑印制板上大电流通路上的压降.
2. 接触电阻
当电源输出端与负载连接时,连线两端的良好接触很重要.在负载电流大的情况下,良好的接触尤其重要.由于接触不良而引起的数mΩ至十多mΩ的接触电阻和太长或太细的不合适连结线一样,会引起回路压降过大和负载调整率变差.因此接触点必须清洗,去除氧化层,大电流接触点应焊结或缠绕.
在合适的连线和接触良好的情况下,一个调整率为0.1%的5V输出,对应空载到满载,其电压变化为5mV.而一个调整率为0.02%的12V输出,对应空载到满载,其电压变化为2.4mV.以上这些基本的数量概念可供参考.
3. 输入保险丝要求
如图2所示,保险丝应安装在各并联模块的输入端,以防某一模块出现输入短路故障,将输入母线短路.在出故障模块的输入保险丝熔断所需时间内,其余模块的输入电压将出现很大的波动,为此可在输入端安装阻断二极管.在这段时间内,阻断二极管将仍在正常工作的模块与输入直流母线隔离.另外阻断二极管还可防止在输入线接错时,模块承受反向电压.但加入阻断二极管的同时也要注意到使电压增加了更多的损耗.一般保险丝规格应按照模块最低输入电压工作时的输入电流选定,或选取1.5-2倍的额定输入电流.如果模块工作在一个比较宽的输入电压范围内,保险丝应该使用小于10mS的快速保险丝.
4. 输入维持电容
在某一模块出现输入短路故障,或其它导致输入母线电压瞬间跌落的意外
时,安装在模块输入端的维持电容,可在一定时间内给模块提供维持电压.另
图2(a)
图2(b)
图2 输入保护电路
外还可吸收模块输入端的电压尖峰.
为了满足维持时间的要求,一般应选用电解电容.对于300V输入,200W输出的模块,最小的维持电容应为30-50μF,而对于48V输入的模块必须使用上千μF的电容,选择电容时,除考虑脉动电流和电压外,应选择等效串联电阻(ESR)小的电容.
以下为计算维持电容容量的近似公式:
其中
C维持=所需维持电容量(F)
Po=输出功率(W)
V输入母线=输入母线电压(V)
V输入关断=对应该输入电压,模块关断.
I输入平均=输入平均电流(A)
T=维持时间(S)
η=模块变换效率
5. 输入瞬间过压保护
如图2(a)所示在电解电容前面可安装一只瞬态抑制二极管或瞬态吸收器件(金属一氧化物压敏电阻),用作输入瞬间过压保护.输入电压低时用二极管,高时用压敏电阻.
6. Y电容器
为降低共模噪音,推荐安装Y电容.如图2(a)所示,Y电容的中心与模块外壳及系统保护地相连接.
7. 输出电压微调(Trim)范围
用户可以通过在TRM端外接电阻器,使输出电压在额定值的约±10%的范围内微调.外接电阻的数值一般在数十千欧至二百千欧间选择.电源模块的功率应限制在最大额定输出功率之内.如果输出电压高于其标称值,应降低输出电流,使之符合最大输出功率的限制.
外接电阻的连接方法如图 3所示.若只单方向调高(或调低)电压亦可只在TRM 端对输出负(或输出正)一端加电阻.如果不用微调可将TRM端悬空.
图3 输出电压微调外接电阻的连接方法
8. 遥测(外取样)
遥测功能可使负载两端的稳压精度保持在技术规范要求的范围内.当电源模块与负载之间的距离远,负载电流大,连接回路压降大的情况下,可由检测(Sense)端直接检测负载两端的电压,来确保其稳定精度.图4 为检测的接线图.遥测端的连接应用屏蔽的双绞线,另外在紧靠模块的±S和±Vo端之间可连接0.1μF左右的去耦电容,防止噪音干扰.与负载线相比,遥测端连线上的电流很小.☆请注意遥测连线不能用来传输负载电流,否则电源模块会被损坏.
当负载两端的电压下降时,遥测端检测的信号会使电源模块产生一个电压上升的响应,因而补偿了负载两端电压的下降.回路压降补偿的最大值是1V,如果回路压降超过1V,负载调整率将降低.
如图4所示在电流模块内,对应的电压输出端和遥测端之间已接入了电阻
或二极管,可防止当遥测端开路时,输出电压过高上升.当不用遥测功能时,应将各遥测端与相应的输出端短结,否则电源将可能被损坏.
图4 遥测端的使用
9. 控制:是指对模块输出电压的“ON”(允许)、“OFF”(禁止)操作.控制端一般叫做CTL端或REM端.模块的控制有两种标准的方式:
图5 常规控制方式
1) CTL端子与-VIN直接相连,输出OFF;CTL端子开路或接高电平(大于5VDC,小于40VDC),输出ON
2) CTL端子与-VIN直接相连,输出ON;CTL端子开路,输出OFF
至于具体选用哪一种控制方式,可由用户自己决定.同时,我们推荐其中第一种常用的控制方式,如图5所示.详细情况可查阅具体型号的产品规格表.
在一些特殊的应用中,可能要用到隔离控制的方式.这里推荐一种隔离控制的电路供参考, 如图6.其中光耦一般选用传输比较高的三极管型而不采用达林顿型的.
图6 隔离控制方式
