看四种电源的波形，析胆机电源的选择

whmks

       四种开关电源分别为反激、正激、半桥和LLC半桥
    为了便于交流，在帖中出现的几个项目说明一下测试方法。
   电源纹波，在本帖中是指电源输出端的低频、高频和开关噪声的总和。测量方式为线夹，带宽20M（用线夹测主要是方便，与标准测相比，开关噪声大了很多，低频和高频波基本还是一样的，方便在相同条件下作比较）。
   为了看得清楚，贴一张没有调整的电源满载总纹波图，总纹波幅值为726mv。


1、低频纹波，上图中亮色的是低频100Hz的纹波，幅值是560mv。该纹波主要通过调电压环路的积分阻容来降低。
调整后100Hz的纹波降低明显，幅值降到了92mv，总纹波也跟着降低到305mv。


2、高频纹波，是与电源工作频率同频率的波，是反应电源作功时的滤波效果，这个与电容体质、容量和电感等有关。
不同拓扑的高频波的波形不一样。
下图是DELL同一规格电源，但采用了二种不同的拓扑，一种是正激，另一种是LLC软开关。正激电源的纹波是比较刚劣的三角波（反激也是三角波），LLC电源的纹波则是比较友好的馒头波。






3、开关噪声，看上面的图，软开关的明显比硬开关的低。

4、母线电压，是指高压整流滤波电容二端的电压。母线电压有宽电压、窄电压和定电压。宽电压的能在100-220v的交流电压下工作，母线电压的变幅大。窄电压是在指定的电压下工作，如100V、220V，母线电压的变幅小。定电压的是有主动PFC升压电路，设定后母线电压就不会有变动。


5、原边与副边，是指隔离电源变压器的二边，有功率管作功的称原边，另一边就称为副边。

几种电源的比较

第一种：反激电源(用宽电压设计的24V约50W的电源举例）


1、功率管驱动波形。由于开通时间短，关闭时间长，为了维持输出电压，就必需升高输出峰值电压，再由变压器储能缓释放加电容吸收平抑电压纹波。下面4张图是输出1-4A，








由于是宽电压设计，即使超一倍功率，功率管的开通也不能达到最大占空比。

2、副边输出端波形。下图中的四个波是对应上面图的1-4A波。从图中可以看出频率不变占空比逐步变大，但只有半个波，所以只需要用一支整流管。








3、副边输出波的峰值高。
       单端调宽类的开关电源，由于架构决定了输出幅值必须要高才能满足输出电压要求。输出峰值不随功率变化，就是轻载与重载，输出峰值是一样的，仅是开关噪声会增大。
    如上面图的24V电源，实测变压器输出总峰值达110V，扣除开关噪声后还有96V的峰值，是输出电压的4倍。

另一款24V150W的峰值还要高，扣除开关噪声还有123V左右，是输出电压的5倍多。
24V2A变压器副边输出波




       有些坛友用反激电源做胆机电源容易坏的原因就是峰值太高，整流管耐压不够而容易烧管。测过一台用于6P6P的反激电源，灯丝6.3V，当灯丝输出1.6A时，变压器副边输出峰值超1000V，而正常工作时的输出电压是270V。
解决方法：用串管方式，就是用二只整流管串起来。
      采用窄电压设计的另一款24V电源的副边波就能达到最大占空比，这样能减轻电容滤波压力，使输出纹波更小一点。
24V1A变压器副边输出波


24V4A变压器副边输出波


24V6A变压器副边输出波


从上述对比图可以看出，输出峰值是大功率大于小功率，宽电压大于窄电压。
   所以在用调宽（PWM)类电源时，有些烧友宁愿要电压有波动的开环方式，也不要有稳压闭环的方法，根源就是这个占空比。电压开环的电源是以最大占空比工作（约80%左右），所以在动态供电场合下会好一些。弥补方法：加一级LC滤波。
开环波图

4、被动电压的波动大。
开关电源要用于胆机，电压环路主控一定要在灯丝端，虽然高压端功率大于灯丝，但是匝电流是灯丝大于高压，所以要放在灯丝端，高压只能作被动输出电压。因此，高压是与灯丝电压关联，灯丝设定高，高压也高。同时高压也随灯丝电流牵制，灯丝电流大高压高。另外，高压与带载程度有关，带载轻电压高，带载重电压低。这种调宽（PWM)类的电源变幅相当大，特别是胆机刚开机时，灯丝重载，高压空载时电压更高。
刚开机时电压飘高


改善方法：加装超电压分流电路，就是用稳压管加功率管和功率电阻进行限压。如正常工作时高压是270V，在刚开机时电压会升到400伏左右，可选用300-350V稳压管进行限压。
图示

第二种：正激电源。原边驱动波同反激电源一样，副边波形有所不同，
正激24V1A波


正激24V10A波


正激电源输出端必须要有续流电感，不合适用于多电压输出，基本上不合适用于胆机。

正激电源用法很多，有单管正激、双管正激、移相、交叉、倍频等做法与叫法很多。单管正激与反激相比，除了功率大一点，EMI略好一点外，其他优势并不明显，而且成本也高。而采用其他方式做的正激电源就有明显优势，主要是纹波明显变小，功率能做得更大。
下图是单管正激与服务器双变交叉电源的波形，从图形中可以看出，二个波形交叉互补，所以纹波降低，功率更大。
正激12V双变压器波


合成后的波


第三种：半桥硬开关电源，如LT494等。
下图的3个波是从轻载到重载，频率不变占空比变，但有正负二个波，所以必须要用二只整流管，组成全波整流，也可以用四只整流管组成桥式整流，电压加倍或变成+-电压。
这类电源的动态输出效果比反激好一些，也有输入电压宽、窄设计之分。
半桥从轻载到重载四个驱动波，








下图是50V半桥电源的对地输出波，约3倍多一点，如设计用桥式整流的大约有1.6倍。比单端类电源好多了。
半桥50V4A变压器副边波

上述三种电源是以前一统天下的主要电源，都是调宽（PWM)类。

第四种：LLC电源，是目前相当优秀的电源，表现为效率高、纹波低、噪声小、用料省等，不需要储能或滤波的大电感。
优点：
1、纹波小，主要是与上面三种电源的调制方式不同，该类电源采用了固定占空比，一般是98%是开通，输出功率的控制有变频方式和变母线电压方式，常见的是变频方式。下图是变频方式从轻载到重载的4个波，从图中可以看出，占空比不变，而是频率有变化，轻载的频率高，重载的频率低。
LLC电源轻载到重载四个波








由于占空比不变，加上占空比大，达98%，所以输出基本是一条直线，作功的纹波相当低。
下图是上下波和整流合成图


2、噪声低，高频噪声的主要来源是功率管和整流管的开关时产生的噪声，由于LLC电源采用了软开关，不同于上面三种的硬开关，而且电流又是近似正弦波，所以功率管的开关噪声就明显低了，由于电流近似正弦波，整流管的开关噪声也跟着小了。下图是功率管的驱动、电流和谐振电容的电压波形。


用接地弹簧实测100V400W输出的高频噪声，幅值只有88mv，作功纹波21mv。用二种方式测试见下图




3、效率高。目前的开关电源的无用功耗主要在开与关时产生，所以硬开关电源的损耗是功率管最大、整流管其次，变压器最小。LLC软开关电源的损耗是（磁集成）变压器、整流管或功率管，后二者要看电源输出，如低压大电流则是整流管功耗大于功率管，如高压小电流则反之。
无主动PFC的情况下有93%以上的效率。


4、副边输出波的峰值低。基本是输出电压加倍多一点。如下图33V的输出电压，峰值为67.6V。如设计是用桥式整流的电路，就只比输出电压高2%左右。


5、频率高，一般LLC电源的频率在100K以上，经整流后就是200K以上的波峰。而ATX494半桥电源频率约30K，经整流后变成约60K的波峰。一般来说频率高的更合适用于音响。

6、高压变幅小，电压增高部分的能量低，比较适用于胆机高压。由于输出峰值低，所以轻载与重载的电压波动小，空载时电压有少量飘高，但能量很小，只要加一点微载就能降下来，而PWM类电源基本上是同功率比的下降，二者有质的区别。再有受灯丝电流大小的影响也小，所以更适用于胆机。
     至于，灯丝电流大小与高压的比值等相关的高压波动，在以前发的帖中已图示说明过。

     啰啰嗦嗦说了一些，不知对否，请坛友们斧正，共同探讨、相互提高。

海河

杭州陈玉 发表于 2022-4-7 05:54
无论是新烧，还是老烧，他们也许烧糊涂了：都能听出铁芯的声音表现呢，用新片，比如Z11之类的，说是Z11, ...

陈述观点无可厚非，技术论坛，公开场合，多少要互相留面子，谁跟谁都没仇，南甜北咸东辣西酸 各有爱好、各有理解，不要强求别人一定接受和认同自己的观点，说话留一线朋友好见面。

陪你听风

看帖为学习回帖是美德

OC400K-5

LLC芯片常用有哪些？本帖使用的LLC是什么型号？初学都不知道怎么找。

用于电子管。

hgb

觉得胆机还是用牛实在，质量好的牛牛一辈子都坏不了，有文物价值

whmks

陪你听风 发表于 2022-3-31 15:55
看帖为学习回帖是美德

谢谢你的回帖

whmks

OC400K-5 发表于 2022-3-31 21:39
LLC芯片常用有哪些？本帖使用的LLC是什么型号？初学都不知道怎么找。

用于电子管。

用于LLC电源的控制芯片很多，有各种功能芯片，如有的带PFC控制、有的不带驱动、有的带自起动、有的检流模式是电容式等等。其中有NCP1397、TEA1716、L6599、MCZ5211ST、SSC3S910等，这些都是不同公司生产的，可能已有更新的产品。
我用L6599和SSC3S910

whmks

hgb 发表于 2022-3-31 21:53
觉得胆机还是用牛实在，质量好的牛牛一辈子都坏不了，有文物价值

是啊，可是单变压器而言，二者没有区别，都能传代变文物。

栾川周

术 有专功。

lxa000

本打算为胆机订购开关电源。
看了楼主的测试
便不再订购。

海河

楼主辛苦
看起来还是LLC最给力一些

whmks

lxa000 发表于 2022-4-1 18:33
本打算为胆机订购开关电源。
看了楼主的测试
便不再订购。

      正是，由于反激电源的先天不足，不太合适用于各类音响系统，当然处理好的也能用用。如要用于胆机只能是小功率的、低电压。
目前LLC类电源就比较适用于各类功放，除了耐用性比工变类略差一点外，其余多数比工变强。

whmks

海河 发表于 2022-4-1 20:20
楼主辛苦
看起来还是LLC最给力一些

谢版主加分加精。LLC电源确是目前相当优秀一款电源，只有用过和比较以后才知其好。

海河

whmks 发表于 2022-4-2 09:31
谢版主加分加精。LLC电源确是目前相当优秀一款电源，只有用过和比较以后才知其好。

搞起来啊

唐西

楼主在开关电源应用上很有功夫！
大赞一个！
期待有幸能跟您交流!

胆炸心惊

祝您把音响开关电源做好做强，以后是广大的中国市场，但愿大家都能用上，并且易用爱用，好的电源可以节能减重软启动多重保护引入控制功能，使产品具备更好的使用体验