關(guān)于電源電壓跌落問題的解決方案

劉竹林

(十堰職業(yè)技術(shù)學院電子工程系,湖北十堰442000)

1 電子產(chǎn)品電壓跌落原因分析

電壓跌落是指在某一時刻電壓的幅值突然偏離正常工作范圍,經(jīng)很短的一段時間后又恢復(fù)到正常水平的現(xiàn)象。

而電器和電子設(shè)備的功能或性能則往往會因此受到影響,為此國家在相關(guān)電子產(chǎn)品的檢驗標準中對電源電壓跌落有著明確的要求。

一般產(chǎn)品驗證標準規(guī)定了在電源電壓跌落深度和持續(xù)時間分別為100%,10 ms;60%,100 ms;30%,500 ms時,產(chǎn)品的功能或性能應(yīng)能自行恢復(fù)的要求。

目前,常見各系列產(chǎn)品(主要是含DSP器件產(chǎn)品)主要是在60%,100 ms條件下不能滿足要求,這主要是在電源電壓跌落時沒有足夠的電能接續(xù)的問題,因此它只能從電源電路的設(shè)計中加以解決。

由于各系列產(chǎn)品的電源主要是線性電源,因此以下的電源改進措施也完全是針對線性電源進行的。

電源電壓跌落時電能的接續(xù)主要是由濾波電容儲存的電能完成的,而接續(xù)時間的長短則由電容的放電時間來決定,如圖1所示。

圖1 濾波電容放電電路

根據(jù)電容的放電特性函數(shù):

所以濾波電容由初值電壓U0下降到電源允許的最小值U1所需要的時間為:

顯然時間t越長,允許電源電壓跌落的持續(xù)時間就越長。因此從上面的公式中可以看出,延長時間t的方法可以有增加電容容量、減少負載功耗和提高電容初值電壓等三種途徑。

2 解決方案

2.1 增加濾波電容容量

圖2 加大濾波電容容量

2.2 減少負載功耗

圖3 減少負載功耗

2.3 通過改善散熱條件提高濾波電容初值電壓

圖4 增加散熱面積

2.4 使用簡易開關(guān)電源穩(wěn)壓器提高濾波電容初值電壓

圖5 使用開關(guān)電源穩(wěn)壓

2.5 輔助電源切換

圖6 輔助電源切換

3 試驗結(jié)果

3.1 增加濾波電容容量方法

濾波電容的容量為4700μF×6=28200μF,電容初值電壓為 U0=13.2 V(試驗機型青島艾諾9691);在電源電壓跌落深度為60%時,持續(xù)時間為400 ms。

濾波電容的容量為4700μF×6=28200μF,電容初值電壓為 U0=10.8 V(試驗機型青島艾諾9620H);在電源電壓跌落深度為60%時,持續(xù)時間為200 ms。

濾波電容的容量為4700μF×6=28200μF,電容初值電壓為 U0=8 V(試驗機型青島艾諾9620TH);在電源電壓跌落深度為60%時,持續(xù)時間為100 ms。

3.2 通過改善散熱條件提高濾波電容初值電壓

濾波電容的容量為4700μF×2=9400μF,電容初值電壓為 U0=14.4 V(試驗機型青島艾諾9636功能樣機);在電源電壓跌落深度為60%時,持續(xù)時間為100 ms。

7805穩(wěn)壓電路散熱器表面溫度約70℃。

3.3 使用簡易開關(guān)電源穩(wěn)壓器提高濾波電容初值電壓

濾波電容的容量為2200μF(試驗機型青島艾諾9620TH);在電源電壓跌落深度為60%時,持續(xù)時間為長時間。

3.4 輔助電源切換方法

電路功能正常。在仿真試驗中獲得了與增加濾波電容容量方法的同樣結(jié)果。但切換點的選擇不是很理想。

4 結(jié)論

在電源電壓跌落的情況下,采取適當?shù)姆椒ūＷC產(chǎn)品的核心系統(tǒng)正常工作,其方法有很多。但是就可靠性、器件價格、占用空間等多方面問題考慮后,其方法也并非一一適用,至少要視實際情況綜合考慮。

(1)建議采用增加濾波電容容量的方法。這種方法不僅最簡單、可靠,而且使用靈活,可以根據(jù)電路的具體情況增減濾波電容的數(shù)量。所不足的是濾波電容數(shù)量的增多往往會占用較多的空間,其實通過試驗結(jié)果可以看出,無論哪一種產(chǎn)品,4700μF/ 25V電容最多用6個。從增加的空間來看,只不過是5個電容所占用的空間17 mm×17 mm×5= 1445 mm2≈15 cm2。相對于其他方法來講,所占空間并不算大。

(2)在有些情況下可以使用簡易開關(guān)電源穩(wěn)壓器提高濾波電容初值電壓的方法。這種方法簡單,適用電壓范圍大。但其可靠性、穩(wěn)壓性能等技術(shù)指標還需要通過進一步的試用來驗證。另外,這種方法需要電源變壓器有較高的電壓輸出,使變壓器的體積、功率有所增加。

(3)在特殊情況下可靈活使用組合方法。