关于电源电压跌落问题的解决方案

刘竹林

(十堰职业技术学院电子工程系,湖北十堰442000)

1 电子产品电压跌落原因分析

电压跌落是指在某一时刻电压的幅值突然偏离正常工作范围,经很短的一段时间后又恢复到正常水平的现象。

而电器和电子设备的功能或性能则往往会因此受到影响,为此国家在相关电子产品的检验标准中对电源电压跌落有着明确的要求。

一般产品验证标准规定了在电源电压跌落深度和持续时间分别为100%,10 ms;60%,100 ms;30%,500 ms时,产品的功能或性能应能自行恢复的要求。

目前,常见各系列产品(主要是含DSP器件产品)主要是在60%,100 ms条件下不能满足要求,这主要是在电源电压跌落时没有足够的电能接续的问题,因此它只能从电源电路的设计中加以解决。

由于各系列产品的电源主要是线性电源,因此以下的电源改进措施也完全是针对线性电源进行的。

电源电压跌落时电能的接续主要是由滤波电容储存的电能完成的,而接续时间的长短则由电容的放电时间来决定,如图1所示。

图1 滤波电容放电电路

根据电容的放电特性函数:

所以滤波电容由初值电压U0下降到电源允许的最小值U1所需要的时间为:

显然时间t越长,允许电源电压跌落的持续时间就越长。因此从上面的公式中可以看出,延长时间t的方法可以有增加电容容量、减少负载功耗和提高电容初值电压等三种途径。

2 解决方案

2.1 增加滤波电容容量

图2 加大滤波电容容量

2.2 减少负载功耗

图3 减少负载功耗

2.3 通过改善散热条件提高滤波电容初值电压

图4 增加散热面积

2.4 使用简易开关电源稳压器提高滤波电容初值电压

图5 使用开关电源稳压

2.5 辅助电源切换

图6 辅助电源切换

3 试验结果

3.1 增加滤波电容容量方法

滤波电容的容量为4700μF×6=28200μF,电容初值电压为 U0=13.2 V(试验机型青岛艾诺9691);在电源电压跌落深度为60%时,持续时间为400 ms。

滤波电容的容量为4700μF×6=28200μF,电容初值电压为 U0=10.8 V(试验机型青岛艾诺9620H);在电源电压跌落深度为60%时,持续时间为200 ms。

滤波电容的容量为4700μF×6=28200μF,电容初值电压为 U0=8 V(试验机型青岛艾诺9620TH);在电源电压跌落深度为60%时,持续时间为100 ms。

3.2 通过改善散热条件提高滤波电容初值电压

滤波电容的容量为4700μF×2=9400μF,电容初值电压为 U0=14.4 V(试验机型青岛艾诺9636功能样机);在电源电压跌落深度为60%时,持续时间为100 ms。

7805稳压电路散热器表面温度约70℃。

3.3 使用简易开关电源稳压器提高滤波电容初值电压

滤波电容的容量为2200μF(试验机型青岛艾诺9620TH);在电源电压跌落深度为60%时,持续时间为长时间。

3.4 辅助电源切换方法

电路功能正常。在仿真试验中获得了与增加滤波电容容量方法的同样结果。但切换点的选择不是很理想。

4 结论

在电源电压跌落的情况下,采取适当的方法保证产品的核心系统正常工作,其方法有很多。但是就可靠性、器件价格、占用空间等多方面问题考虑后,其方法也并非一一适用,至少要视实际情况综合考虑。

(1)建议采用增加滤波电容容量的方法。这种方法不仅最简单、可靠,而且使用灵活,可以根据电路的具体情况增减滤波电容的数量。所不足的是滤波电容数量的增多往往会占用较多的空间,其实通过试验结果可以看出,无论哪一种产品,4700μF/ 25V电容最多用6个。从增加的空间来看,只不过是5个电容所占用的空间17 mm×17 mm×5= 1445 mm2≈15 cm2。相对于其他方法来讲,所占空间并不算大。

(2)在有些情况下可以使用简易开关电源稳压器提高滤波电容初值电压的方法。这种方法简单,适用电压范围大。但其可靠性、稳压性能等技术指标还需要通过进一步的试用来验证。另外,这种方法需要电源变压器有较高的电压输出,使变压器的体积、功率有所增加。

(3)在特殊情况下可灵活使用组合方法。