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首頁 >> 技術應用 >>電源模塊的特點與優點
電源模塊的特點與優點
發布日期:2011-9-2   |   閱讀:4007
    電源模塊是可以直接貼裝在印刷電路板上的電源供應器,其特點是可為專用集成電路(ASIC)、數字信號處理器 (DSP)、微處理器、存儲器、現場可編程門陣列 (FPGA) 及其他數字或模擬負載提供供電。一般來說,這類模塊稱為負載點 (POL) 電源供應系統或使用點電源供應系統 (PUPS)。由于模塊式結構的優點甚多,因此模塊電源廣泛用于交換設備、接入設備、移動通訊、微波通訊以及光傳輸、路由器等通信領域和汽車電子、航空航天等。

  尤其近幾年由于數據業務的飛速發展和分布式供電系統的不斷推廣,模塊電源的增幅已經超出了一次電源。隨著半導體工藝、封裝技術和高頻軟開關的大量使用,模塊電源功率密度越來越大,轉換效率越來越高,應用也越來越簡單。

  人們在開關電源技術領域是邊開發相關電力電子器件,邊開發開關變頻技術,兩者相互促進推動著開關電源每年以超過兩位數字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發展。開關電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類,DC/DC變換器現已實現模塊化,且設計技術及生產工藝在國內外均已成熟和標準化,并已得到用戶的認可,但AC/DC的模塊化,因其自身的特性使得在模塊化的進程中,遇到較為復雜的技術和工藝制造問題。以下分別對兩類開關電源的結構和特性作以闡述

  DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓,也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種,一是脈寬調制方式Ts不變,改變ton(通用),二是頻率調制
        (1)Buck電路——降壓斬波器,其輸出平均電壓

  U0小于輸入電壓Ui,極性相同。

  (2)Boost電路——升壓斬波器,其輸出平均電壓

  U0大于輸入電壓Ui,極性相同。

  (3)Buck-Boost電路——降壓或升壓斬波器,其

  輸出平均電壓U0大于或小于輸入電壓Ui,極性相反,電感傳輸。

  (4)Cuk電路——降壓或升壓斬波器,其輸出平均電

  壓U0大于或小于輸入電壓Ui,極性相反,電容傳輸。

  還有Sepic、Zeta電路。

  上述為非隔離型電路,隔離型電路有正激電路、反激電路、半橋電路、全橋電路、推挽電路。

  當今軟開關技術使得DC/DC發生了質的飛躍,美國VICOR公司設計制造的多種ECI軟開關DC/DC變換器,其最大輸出功率有300W、600W、800W等,相應的功率密度為(6.2、10、17)W/cm3,效率為(80~90)%。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開關技術的高頻開關電源模塊RM系列,其開關頻率為(200~300)kHz,功率密度已達到27W/cm3,采用同步整流器(MOSFET代替肖特基二極管),使整個電路效率提高到90%。

  AC/DC變換

  AC/DC變換是將交流變換為直流,其功率流向可以是雙向的,功率流由電源流向負載的稱為“整流”,功率流由負載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電,因必須經整流、濾波,因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的,同時因遇到安全標準(如UL、CCEE等)及EMC指令的限制(如IEC、、FCC、CSA),交流輸入側必須加EMC濾波及使用符合安全標準的元件,這樣就限制AC/DC電源體積的小型化,另外,由于內部的高頻、高壓、大電流開關動作,使得解決EMC電磁兼容問題難度加大,也就對內部高密度安裝電路設計提出了很高的要求,由于同樣的原因,高電壓、大電流開關使得電源工作損耗增大,限制了AC/DC變換器模塊化的進程,因此必須采用電源系統優化設計方法才能使其工作效率達到一定的滿意程度。

  AC/DC變換按電路的接線方式可分為,半波電路、全波電路。按電源相數可分為,單相、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。

  開關電源的選用

  開關電源在輸入抗干擾性能上,由于其自身電路結構的特點(多級串聯),一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過,在輸出電壓穩定度這一技術指標上與線性電源相比具有較大的優勢,其輸出電壓穩定度可達(0.5~1)%。開關電源模塊作為一種電力電子集成器件,在選用中應注意以下幾點:

  輸出電流的選擇

  因開關電源工作效率高,一般可達到80%以上,故在其輸出電流的選擇上,應準確測量或計算用電設備的最大吸收電流,以使被選用的開關電源具有高的性能價格比,通常輸出計算公式為:

  Is=KIf

  式中:Is—開關電源的額定輸出電流;

  If—用電設備的最大吸收電流;

  K—裕量系數,一般取1.5~1.8;

  保護電路

  開關電源在設計中必須具有過流、過熱、短路等保護功能,故在設計時應首選保護功能齊備的開關電源模塊,并且其保護電路的技術參數應與用電設備的工作特性相匹配,以避免損壞用電設備或開關電源。

  電源的幾大指標

  功率 P=UI,是輸出電壓和輸出電流的乘積。

  輸入電壓分交流輸入和直流輸入2種。

  輸出電壓一般是直流輸出,但也有交流輸出的。

  工作溫度

  隔離電壓:隔離就是將輸出與輸入進行電路上的分離。有以下幾個作用:

  一,電流變換;

  二,為了防止輸入輸出相互干擾;

  三,輸入輸出電路的信號特性相差太大,比如用弱信號控制強電的設備

  封裝尺寸有插針,貼片的,和螺旋。

  輸出有單路輸出,雙路輸出及多路輸出。電源模塊是可以直接貼裝在印刷電路板上的電源供應器,其特點是可為專用集成電路(ASIC)、數字信號處理器 (DSP)、微處理器、存儲器、現場可編程門陣列 (FPGA) 及其他數字或模擬負載提供供電。一般來說,這類模塊稱為負載點 (POL) 電源供應系統或使用點電源供應系統 (PUPS)。由于模塊式結構的優點甚多,因此模塊電源廣泛用于交換設備、接入設備、移動通訊、微波通訊以及光傳輸、路由器等通信領域和汽車電子、航空航天等。
 

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