【led是什么负载】电子电路这七个概念会影响开关电源的性能

一、纹波和噪音

1.里普利

开关电源的输出实际上是不恒定的。输出有看起来像波浪图案的周期性抖动。纹波可以是电压或电流纹波。

通常使用两个参数来描述纹波。

1)最大纹波电压：纹波的峰值。

2)回流系数：交流构件的有效值与直流构件的比率。

2.纹波的原因

开关电源的纹波来自两个地方。

1)低频纹波：在交流输入的周期中，电源的输入抑制比并不完美，输入发生变化时，输出也会发生变化。

2)高频纹波：在开关切换周期中，开关电源不是线性连续输出能量，而是将能量组成一个数据包进行传输，因此存在与开关周期相对应的纹波。

如果是线性电源，则没有开关纹波，只有低频纹波。

3.纹波的影响

最大纹波决定输出的峰值。原始输出是恒定的电压或电流。由于纹波的影响，输出峰值可能高于平均值，从而导致负荷受损。

例如，对LED来说，过高的电流会降低LED的寿命。

过量的纹波系数使输出的能量不平衡变得平滑，超出了直流输出的要求。

例如，对于LED，由于过大的反射系数，LED亮度可能会发生变化并闪烁。

当开关电源用于驱动电池时，LED灯对低频纹波的影响更大，当驱动IC的高速负载时，对高频纹波的影响更大。

4.重排和噪声

纹波是由交流周期或开关周期引起的输出抖动，噪声是随机连接到输出的高频信号，并不相同。

二、调整率

1.调整率

使用电源时，有两个外部条件会发生重大变化：输入和负载。良好的电源必须能够在输入和负载变化时保持一定的压力或恒流。

输入或负载变更时，输出偏离额定输出的程度称为调整率。例如，输入在最大最小值之间变化，测量输出的偏差率等于5%的百分比。这被称为调整率5%。

区分调整率和纹波是输出的动态特性，调整率是输出的极限偏差，允许电源在极限外部条件下工作。

2.调整率类型

1)输入调整率

其他条件不变，调整输入时输出的偏差对交流电源使用交流线路的有效电压作为更改间隔(例如，将180~264更改为上限和下限)。

有时调整交流的频率，查看输出是否有偏差(例如，47-63hz区间)。

2)负荷调整率

其他条件不变，调整载荷时输出的偏差。

3)综合调整率

同时调节输入和负荷，找出最坏的偏差。

三、恒流

1.LED恒流驱动器

为什么照明用的LED都是电流驱动的？

LED是二极管，二极管的PN接头的正向传导阻抗是负温度系数，温度升高时二极管正向传导阻抗会降低。

如果用恒压源驱动LED，则随着LED的工作，温度开始上升，温度升高，正向传导阻抗就会降低。I=U/R导致电流上升，功率P=U*I导致功率增加，LED发热进一步加剧，进一步刺激温度上升，陷入恶性。

恒压源驱动时，温度和电路是一对正反馈。

因此，照明LED都是恒流驱动的。如果是非照明的话，LED几乎没有温度上升，所以可以在一定压力下驱动。

2.恒流准确度

恒流准确度和其他电影的恒压效果一样，体现在很多方面。

1)负载变化时电源输出的电流的一定程度。

在实际应用中，多个不同的LED字符串不能具有完全相同的阻抗特性。将这些不同的负荷连接到电源后，就会发生电力。

流的误差就定义为恒流精度。

不光是多负载，同一个LED，温度不同时，阻抗特性也不同，不同温度下电流也是有误差的，但这和前面的条件本质还是一样，都是负载变化。

因此在测试恒流精度时，需要使用电子负载，让负载在合理的范围内变化，测量电压的电流误差。

2）当电源内部元件参数变化时，电源输出的电流的恒定程度。

这并不是标准的恒流精度的定义，但目前很多电源都是有这个要求，其中一个重要的指标是储能元件，比如电感，或变压器，感值存在误差时，电源输出电流的恒定度。

考虑到成本因素，储能元件在加工时偏差是很大的，所以，电源应当设计成对储 能元件的感值不敏感。

3. 锂电池恒流驱动

便携式设备所用的锂电池，在不同电量的情况下，电压是不同的，以手机所用的锂电池为例，电池在满能量时约4.2V，低能量时约2.5V。

如果使用恒压源对电池充电，当电池电量较低时，充电电流会极大，相当于电压源接到电容上，会损坏电池。

损坏的原因是大电流带来的大发热。

为了限制大电流，目前的充电器都是使用恒流-恒压充电，当电池电压低时，使用恒流输出。

四、冲击与浪涌

1. 冲击电流

如果负载为一个容性负载，将一个电压源直接加到负载上时，会产生一个非常大的电流，这个电流就称为冲击电流。

过大的冲击电流会使得交流线上的保护电路识别为短路，会导致空气开关跳闸，熔断保险丝等问题。

对于AC电源来说，将电源接到AC线上的一瞬间，AC电源本身就是一个容性负载，假如此时电源的负载处在满负荷状态，且AC线正处在峰值电压处，会产生最大的冲击电流。

2. 浪涌（电压）

闪电，雷击等会在电网上制造时间非常短的高电压脉冲或者高能量脉冲。

这种过压通常是由专门的保护器进行保护，比如浪涌放电器。

大功率设备断开或接入电网时，会使得电网电压上升或跌落。为了保护电源，有时会使用一个压敏电阻接在输入端。

压敏电阻的组织和其上的电压有关，当电压变高时，阻值降低。

为什么压敏电阻不能包含雷击等产生的脉冲，因为这种浪涌有可能是同时出现在L线和N线上的。

五、效率与待机功耗

1. 效率和待机功耗

这两个概念很简单，但有一点需要理清，就是电源在工作时：

虽然待机功耗就是电源本身的全部损耗，但是在电源带负载时，电源本身的功耗要大于待机功耗。

电源本身的功耗主要来自于电感/变压器的损耗，开关管的损耗，二极管的损耗，这些损耗都和切换频率有关，而目前的开关电源，在输出功率很低时，都会将频率降低以节能，所以电源本身的功耗在带负载工作时和待机时是完全不同的。

但是效率是随着负载消耗增加而升高的，这个很好理解，待机时效率为0，而带负载时，电源本身功耗的增加跟不上负载消耗的增加。

六、ESR

1. 电容ESR

开关电源都需要在输出加一个电容，将切换电路投递过来的断续能量平滑成稳定的线性输出，这个电容的重要性不言而喻。

一个非理想因素就是所有的电容都有等效串联电阻(ESR)，这个电阻会导致一系列问题。

电容稳压的原理就是当VO电压上升时，吸入电流，将能量存储于电容，当VO电压下降时，吐出电流，释放能量。这个过程中，电流始终流过ESR。

2. ESR导致的纹波

ESR是输出高频电压纹波的罪魁祸首，当电容储能和释能时，电流方向相反，因此输出在VO=VC+VESR，和VO=VC+VESR之间切换，ESR越大，纹波电压越大。

3. 电解电容ESR的危害

为了降低成本，通常输出电容会使用偏移的电解电容，但是电解电容的ESR是较高的。

ESR大小：电解电容 > 钽电容 > 陶瓷电容。

对于电解电容来说，高纹波电压倒在其次，要命的是ESR会导致电容发热，电流越大，发热越厉害，发热越厉害，电解电容的电解液蒸发得越快，随着电解液的蒸发，ESR加大，发热更高，陷入恶性循环。

电解电容本身就寿命不高，是电源系统中寿命最短的器件，由于ESR导致的发热，会加快电解电容报废，所以开关电源随着时间的推移，纹波电压会越来越大。

4. 解决ESR的问题

解决方法是降低ESR阻值或降低流过ESR的电流，降低流过ESR的电流比较麻烦，比较简单的方法是降低ESR阻值。

可以采用低ESR的电解电容替代普通电容，或者用多个电容并联来替代单个电容。

多个电容并联的方法缺点是占用大量的空间，在小体积电源中应用受限，所以有时会用陶瓷和电解电容并联的方法，甚至用一种多层陶瓷电容替代多个陶瓷电容。

七、动态

1. 动态响应

通常动态响应特指电源的输入，负载阶跃变化所导致的输出被扰动后恢复正常的过程。

AC电源的输入为不间断交流，一般不关心输入的阶跃变化，动态响应通常仅限于描述负载在一定范围内变化时的响应。

通常定义空载为0%，满载为100%，然后用负载在某2个百分比之间的切换来定义负载变化。

常用的负载变化有0-100,10-90,20-80,25-75，取决于应用，对于充电器这类 需要热插拔的应用，最大的变化在0-100。

2. 动态响应的指标

动态响应一般有2个指标，一个叫过冲幅度，另一个叫稳定时间。

过冲幅度定义为输出偏离稳定值的幅度，有上冲和下冲。

稳定时间是负载开始变化到输出达到能接受的范围内的实际。

3. 动态响应和阶跃响应

阶跃响应，指的是输入阶跃，输出跟着阶跃，也就是说输出要尽快的变到目标值，而动态响应指的是负载阶跃，输出要尽快的稳定下来。这两者在形式上不同，但本质是相同的。

以恒压输出为例，当负载突变时，为了维持电压恒定，需要调整电流，电流调整的过程，通过负载就会表现出电压的波动，所以，负载的动态响应，其本质就是负载-输出电流这个传递函数的阶跃响应。

4. 动态响应的系统框图

将Load视为输入，IOUT和VOUT视为输出。

将Load视为输入后，REF就是固定值，整个系统的传递函数变为Load-IOUT的传递函数。

对于负载非阻性的应用，比如电池等，也将其模拟为电阻。

将一般性电源系统适用于动态响应的系统框图重画如下：