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MPS合肥站:家电产品电源设计的难点及经验

随着智慧生活场景的深入人心,国民对家电产品的种类、功能、寿命提出了更高的要求,产品的功能丰富、智能化的设计增多,也对电源质量和可靠性都带来新的挑战。

日前,MPS家电技术研讨会在素有“家电之都”之称的合肥举行,来自MPS的四位电源专家针对家用电器设备制造商市场,包括小家电、白电、厨电等行业,解析工程师们常遇到的电源设计问题,并分享了MPS在电机控制、隔离电源及反激电源等设计要领以及典型案例分析,助力中国家电产业向智能化方向寻求新发展、新突破。

MPS(芯源系统有限公司)是一家专注于电源技术22年,在Nasdaq上市的电源芯片公司,主要业务方向在工业、汽车、计算机、通讯和消费类行业,可为客户提供整套的电源解决方案。

电机控制及磁编产品在家电行业的应用

近年来家电产品的智能化日益提高,电机控制的应用也越来越广。简单来说,电机控制的概念是机电能量转换的装置,主要是完成电能对机械能的转换。在小家电领域,电机可以应用在厨房、个人护理及电子产品、智能家居、清洁类这四大产品类别;在白电领域,越来越多的产品尝试电机设计,比如在冰箱上的小风扇、洗衣机上的推杆电机等等。

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MPS上海现场工程师主管王力详细对比了三种常用电机的优劣势。

  • 有刷电机:目前最常用的电机之一,具有简单易控、性价比高、启动转矩高的优势;但机械换向会引起噪音、并带来寿命问题,换向电火花,电枢的热量散去。
  • 无刷电机:优势表现在高效率、高功率密度,六步换向控制容易实现,FOC控制可以实现高精度控制;而劣势有系统成本高,梯形波反电动势设计困难,正弦波控制算法实现复杂。
  • 步进电机:有较好的位置进度和重复定位精度,电机旋转角度正比于脉冲数,并且在不同电状态下转子也能锁定力矩,电机转停时有最大的保持力矩;劣势方面:速度限制,难以获得较大转矩,输入频率不当会引起系统震荡,功率密度低,负载过重的失步问题。

此外,王力还简单介绍了MPS磁编产品在家电产品中的设计技巧和经验。相对于传统的霍尔技术,磁编产品可以更好地连续输出绝对位置,目前已成功应用在旋钮开关、耳机、电子锁、温控器等等。

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中小功率隔离电源设计概要

接下来,MPS上海现场工程师经理熊飞针对家电行业常用的电源需求,介绍不同的电源拓扑——正激变换器、反激变换器、半桥变换器、推挽变换器和全桥变换器。

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熊飞强调,反激设计布局要点有四点,第一,输入环路和输出环路要小;第二,变压器原边输出、Mos的漏极和钳位电路输入的线要宽短;第三,芯片的信号部分和副边反馈的信号部分原理Mos和二极管布置;第四,芯片的Vcc电容尽量靠近芯片放置。

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反激电源的EMI问题以及优化设计

众所周知,开关电源具有体积小,重量轻、效率高等优点,随之而来的EMI问题越来越受到关注。因为EMI噪声不仅会污染电网,而且会影响同一电网中其他设备的正常工作,因此必须抑制这些噪声以符合相应标准的要求。

会上现场,MPS AC/DC & lighting客户支持经理李恩通过开关电源的EMI模型来分析差共模干扰,具体说明各干扰源的影响。此外,他还根据EMI模型并结合MPS开关电源方案,提出从环路设计、变压器优化、干扰源抑制、滤波器设计、PCB布局、变压器设计来改善开关电源的EMI问题。

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反激电源环路分析与设计

工作稳定、输出精准、动态响应迅速一直是我们设计Flyback电源的目标。而这些性能都跟反激的环路设计紧密相关。

MPS上海现场工程师王帅主要从反馈环路方面探讨如何设计一款优秀的反激电源。具体包括反激电源反馈环路工作原理、小信号建模方法、环路补偿方法等。最后他还结合光耦和431介绍环路反馈参数的设计及调试方法。

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最后,王帅指出,工程师在设计的时候一般不会全理论地计算数值,因为理论上计算出来的数据不一定准确,毕竟实际上有许多不同参数的影响,工程师们可以使用测量设备进行进一步分析。

小结

近几年,全球消费类电子市场饱和,家电产品同质化严重,家电企业的“日子”似乎也艰难起来。合肥作为国内家电品牌最集中的地区,同时也是中国最大的家电生产基地,必定最先感受到家电产业趋势的巨变,并悄然发生嬗变。MPS负责人表示,合肥从“家电大市”渐成“智造强市”的趋势已不可逆,希望这一过程中可以与家电工程师们一起寻找更为可靠、设计简便、功能使用的电源方案,助力中国家电智能化进程。

原创
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Momo Zhong
国际电子商情(Electronics Supply and Manufacturing-China)助理产业分析师,专注于PCB、电子工程、移动终端、智能家居等上下游垂直领域。
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