【正文】 ower system is a support function within the product, its design will always be modified in reaction to design issues within the other sections of the product. This will always make the power supply design the last circuit to be released for production. Recognizing and addressing these potential trouble areas early in the design period will help avoid delays later in the program. 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位譯文 電源在系統(tǒng)中的作用和電源設(shè)計流程 電源在一個典型系統(tǒng)中擔(dān)當著非常重要的角色。 然而，電源如此重要的作用并沒有得到應(yīng)有的重視。簡單地說，就是“誰設(shè)計，誰修理 (終身 )”。同樣，這些問題的提出可以避免在設(shè)計后期遇到很多難題，這些難題可能是由于缺少交流和預(yù)見性而產(chǎn)生的。 3．系統(tǒng)的維護要求是什么 ?這將決定采取何種保護措施和結(jié)構(gòu)設(shè)計，以滿足應(yīng)用的要求。 2．負載電流的最大和最小極限值是多少 ?負載電流是否存在沖擊性的特征，例如發(fā)動機、視頻監(jiān)視器、脈沖負載等。 3．系統(tǒng)中是否包 含對噪聲尤其敏感的電路 ?它們包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、視頻監(jiān)視器等等。 這些問題詳細說明了電源的工作環(huán)境，為開始設(shè)計打下了良好的基礎(chǔ)，也是構(gòu)成電 源設(shè)計規(guī)范的基礎(chǔ)。 對于那些由一個功能模塊組成，并且在使用過程中不可分的產(chǎn)品，例如移動電話、陰極射線管 (cRT)監(jiān)視器、兀線電接收器等等，傳統(tǒng)的方法是采用集中電源系統(tǒng)。這種類型的系統(tǒng)包含一個主電源，它將能量提供給母線，并由母線分配給產(chǎn)品各個部分。分布電源系統(tǒng)由兩級或多級串聯(lián)而成，整個電源系統(tǒng)的效率是兩級或多級電源變換效率的乘積。設(shè)計一個能夠完全滿足其他領(lǐng)域的工程師和管理者要求的電源系統(tǒng)幾乎是不可能的，這里的要求包括了成本、空間以及重量。在設(shè)計的初期階段，這個過程也許會在選擇供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電源技術(shù)之間反復(fù)進行。 4．輸入電源特性。 8．產(chǎn)品投向市場的時問。 以上技術(shù)都有其各自的優(yōu)勢，需要綜合考慮上面提及的各種因素，權(quán)衡利弊，才能決定滿足最終產(chǎn)品需要的最優(yōu)技術(shù)。對于離線式產(chǎn)品，在線性電源的前一級必須能夠提供與交流電源可靠的電隔離。 PWM 開關(guān)電源 PWM 開關(guān)電源在使用時比線性電源具有更高的效率和靈活性。但是開關(guān)電源的成本較高，而且需要較長的開發(fā)周期。諧振開關(guān)電源的缺點是需要更長的開發(fā)周期，并且比其他兩種電源的成本要高。設(shè)計指標作為電源最終必須達到的性能目標，使得電源所服務(wù)的整個 產(chǎn)品達到整體性能要求。電源設(shè)計者應(yīng)該要求其他的工程師、管理人員、市場人員充分考慮他們所提出的技術(shù)指標要求是否符合實際情況。 50％的裕量，以解決這些不可避免的需求增長。在設(shè)計初期，意識到這些潛在的困難，將有助于在計劃后期避免時間上的延遲。因為電源系統(tǒng)是產(chǎn)品的支柱，它的設(shè)計會隨著產(chǎn)品其他部分設(shè)計的變化而作出更改?？梢灶A(yù)計一些指標會發(fā)生 變化，比如在各個子系統(tǒng)中所需的電流。 在確定設(shè)計指標時，電源設(shè)計者必須首先弄明白什么是合理的需要，以及什么是理想化的需要。隨著諧振或準諧振開關(guān)電源技術(shù)逐漸成熟，它們的設(shè)計也變得越來越容易。它主要應(yīng)用于需 要電源具有更輕的重量和更小的體積，并且對電磁噪聲 (干擾 )有嚴格要求的場合。開關(guān)電源的重量要比線性電源輕得多。線性電源的效率在 35％～ 50％之間。 線性電源 線性電源主要應(yīng)用在對發(fā)熱和效率要求不高的應(yīng)用場合，或者要求低成本及設(shè)計周期短的情況。 2．脈寬調(diào)制（ PWM）開關(guān)電源。 6．電池壽命 (如果產(chǎn)品是便攜式的 )。 2．重量和尺寸。顯然，實際情況需要作出折中的選擇。 典型的電源系統(tǒng)往往是這兩種電源系統(tǒng)的結(jié)合，并可能同時采用開關(guān)電源和線性電源兩種技術(shù)。這樣，在系統(tǒng)的連接器及供電線上的電壓降就不會影響到各部分電路供電電壓的質(zhì)量。實際上，一個集中電源系統(tǒng)內(nèi)部往往包含多路電源輸出，從而滿足負載需要獨立電源供電或滿足供電先后順序的要求 。電源系統(tǒng)的作用是將能量有效地分配給產(chǎn)品中的各個部分，并能夠滿足其需要。 4．電源的各部分電路是否需要以一定的先后順序投入運行，以實現(xiàn)電源的可靠工作 ? 5．在整個裝置里，分配給電源的空間有多大以及是何種形狀 ?一般來說，這部分空間很小，所以應(yīng)該為電源爭取到合理的空間。同時還需要知道的是電路能夠承受的長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位譯文 電源電壓最大波動是多少。 5．當產(chǎn)品的一部分發(fā)生故障時，產(chǎn)品性能的降額程度是多少 ?這將決定電源供電結(jié)構(gòu)和保 護策略，對于系統(tǒng)來說，這是非常必要的。對應(yīng)每種方法，都有哪些不利的工作條件。 1． 1 從提問開始 為了得到一個好的設(shè)計，在開始設(shè)計以前，必須首先提出很多問題。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因主要有兩個，第一，沒有人愿意接觸這個東西，因為所有的人都想設(shè)計更能令人振奮的電路，并且擁有電源方面專門知識的工程師很少；第二，在系統(tǒng)調(diào)試階段，一般由通用電源提供系統(tǒng)所需的電能，只有在產(chǎn)品集成的時候才會有人說：‘‘阿呀，我們忘了設(shè)計電源了 !”很多時候，指派來設(shè)計電源的人在電源設(shè)計方面卻只有很少的經(jīng)驗，并且在產(chǎn)品投產(chǎn)前，只有很少的時間去學(xué)習(xí)電源設(shè)計。 電源給系統(tǒng)的電路提供持續(xù)的、穩(wěn)定的能量，使系統(tǒng)免受外部的侵擾，并防止系統(tǒng)對其自身作出傷害。從某種程度上，可以看成是系統(tǒng)的心臟。在設(shè)計一個系統(tǒng)時，電源系統(tǒng)總是首先被擱置在一邊，直到設(shè)計最后才考慮電源的問題。難怪沒有人愿意接觸電源設(shè)計，不愿意接受電源設(shè)計的任務(wù)。一些基本的問題包括如下： 從市場角度考慮 1．需要提供給 系統(tǒng)何種形式的電源 ?對于每個電源系統(tǒng)來說，有很多種不同的設(shè)計方法。 4．產(chǎn)品的工作環(huán)境是什么 ?包括溫度范圍、環(huán)境射頻 (RF)水平、灰塵、濕度、沖擊、振動以及其他的物理條件。經(jīng)驗表明，估計值往往要比實際情況低一些，所以常常需要在估計值基礎(chǔ)上再加 50％的裕量。這表明電源也許需要額外的濾波措施或者電源的開關(guān)頻率需要與某些敏感電路的工作頻率同步。 1． 2 電源結(jié)構(gòu) 最終產(chǎn)品中的電源結(jié)構(gòu)必須滿足產(chǎn)品規(guī)范。這里，產(chǎn)品包含一個集中電源，并直接輸出給產(chǎn)品的各個部分。每個部分所需要的電能由小型的板載電源模塊提供。例如兩級電源變換效率均為80％，電源串聯(lián)以后整個系統(tǒng)的效率是 64％。理想的電源能夠滿足各種應(yīng)用要求，功率密度為兀長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位譯文 窮大，同時成本趨于零 。影響這個階段設(shè)計的主要因素是： 1．成本。 5．負載的噪聲容限。 在電源系統(tǒng)中經(jīng)?？紤]到的幾種常用電源技術(shù)是： 1． 線性電源。電源行業(yè)已經(jīng)將以上每一種技術(shù)成功地應(yīng)用到一定的產(chǎn)品領(lǐng)域，下面進行詳細的敘述。線性電源的輸出電 壓只能低于輸入電壓，并且每個線性電源只能產(chǎn)生一路輸出。我們可以在便攜式產(chǎn)品、航空和自動化產(chǎn)品、儀器儀表、離線式產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)它們的蹤影，它們通常應(yīng)用于要求高效率和多組電源電壓輸出的場合。 高效率的諧振開關(guān)電源 高效率的諧振開關(guān)電源由基本的 PWM 開關(guān)電源演 變而來。 除作為板載電源外，線性電源正逐漸從工業(yè)界淡出，朝著開關(guān)電源方向發(fā)展。一旦電源系統(tǒng)設(shè)計指標確定以后，就不可隨意更改，只有在產(chǎn)品的需求發(fā)生重大變動時，才能對它進行修改。 電源系統(tǒng)的技術(shù)指標基于問題而確定，這些問題一開始是由那些與產(chǎn)品設(shè)計相關(guān)的其他部門提出來的。同時，分配給電源系統(tǒng)的空間和成本總會比所需的要小，所以協(xié)商是不可避免的。