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開關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類,DC/DC變換器現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化,且設(shè)計(jì)技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國(guó)內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化,并已得到用戶的認(rèn)可,但AC/DC的模塊化,因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中,遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題。

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(diào)制方式Ts不變,改變ton(通用),二是頻率調(diào)制方式,ton不變,改變Ts(易產(chǎn)生干擾)。其具體的電路由以下幾類:

1、Buck電路――降壓斬波器,其輸出平均電壓Uo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Uo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Uo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Uo 大于或小于輸入電壓UI,極性相反,電容傳輸。

當(dāng)今軟開關(guān)技術(shù)使得DC/DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍,美國(guó)VICOR公司設(shè)計(jì)制造的多種ECI軟開關(guān)DC/DC變換器,其最大輸出功率有300W、600W、800W等,相應(yīng)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(guān)技術(shù)的高頻開關(guān)電源模塊RM系列,其開關(guān)頻率為(200~300)kHz,功率密度已達(dá)到27 W/cm3,采用同步整流器(MOS-FET代替肖特基二極管),是整個(gè)電路效率提高到90%。

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(fù)載的稱為"整流",功率流由負(fù)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(jīng)整流、濾波,因此體積相對(duì)較大的濾波電容器是必不可少的,同時(shí)因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)(如UL、CCEE等)及EMC指令的限制(如IEC、FCC、CSA),交流輸入側(cè)必須加EMC濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件,這樣就限制AC/DC電源體積的小型化,另外,由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動(dòng)作,使得解決EMC電磁兼容問題難度加大,也就對(duì)內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計(jì)提出了很高的要求,由于同樣的原因,高電壓、大電流開關(guān)使得電源工作消耗增大,限制了AC/DC變換器模塊化的進(jìn)程,因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法才能使其工作效率達(dá)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(shù)可分為,單項(xiàng)、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。

設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。只需一個(gè)電源模塊,配上少量分立元件,即可獲得電源。

縮短開發(fā)周期。模塊電源一般備有多種輸入、輸出選擇。用戶也可以重復(fù)迭加或交叉迭加,構(gòu)成積木式組合電源,實(shí)現(xiàn)多路輸入、輸出,大大削減了樣機(jī)開發(fā)時(shí)間。

變更靈活。產(chǎn)品設(shè)計(jì)如需更改,只需轉(zhuǎn)換或并聯(lián)另一合適電源模塊即可。

技術(shù)要求低。模塊電源一般配備標(biāo)準(zhǔn)化前端、高集成電源模塊和其他元件,因此令電源設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單。

模塊電源外殼有集熱沉、散熱器和外殼三位一體的結(jié)構(gòu)形式,實(shí)現(xiàn)了模塊電源的傳導(dǎo)冷卻方式,使電源的溫度值趨近于最小值。同時(shí),又賦予了模塊電源金玉其表的包裝。

質(zhì)優(yōu)可靠。模塊電源一般均采用全自動(dòng)化生產(chǎn),并配以高科技生產(chǎn)技術(shù),因此品質(zhì)穩(wěn)定、可靠。

用途廣泛:模塊電源可廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)車艦船、軍工兵器、發(fā)電配電、郵電通信、冶金礦山、自動(dòng)控制、家用電器、儀器儀表和科研實(shí)驗(yàn)等社會(huì)生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域,尤其是在高可靠和高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的重要作用。

輸出電壓調(diào)節(jié)

對(duì)有TRIM或ADJ(可調(diào)節(jié))輸出引腳的模塊電源產(chǎn)品,可通過電阻或電位器對(duì)輸出電壓進(jìn)行一定范圍內(nèi)的調(diào)節(jié),一般調(diào)節(jié)范圍為±10%。

對(duì)TRIM輸出引腳,將電位器的中心與TRIM相連,在所有+S、-S管腳的模塊中,其他兩端分別接+S、-S。沒有+S、-S時(shí),將兩端分別接到相應(yīng)主路的輸出正負(fù)極(+S接+Vin,-S接-Vin),然后調(diào)節(jié)電位器即可。電位器的阻值一般選用5~10kΩ比較合適。

對(duì)ADJ輸出引腳,分為輸入邊調(diào)節(jié)與輸出邊節(jié)。輸出邊調(diào)節(jié)與TRIM引腳的調(diào)節(jié)方式一樣。輸入邊調(diào)節(jié)只能上調(diào)輸出電壓,此時(shí)將電位器的其中一端與中心相接,另一端接輸入端的地。

輸入保護(hù)電路

一般模塊電源產(chǎn)品都有內(nèi)置濾波器,能滿足一般電源應(yīng)用的要求。如果需要更高要求的電源系統(tǒng),應(yīng)增加輸入濾波網(wǎng)絡(luò)�？梢圆捎肔C或π型網(wǎng)絡(luò),但應(yīng)注意盡量選擇較小的電感和較大的電容。

為了防止輸入電源瞬態(tài)高壓損壞模塊電源,建議用戶在輸入端接瞬態(tài)吸收二極管并配合保險(xiǎn)絲使用,以確保模塊在安全的輸入電壓范圍之內(nèi)。為了降低共模噪聲,可以增加Y(Cy)電容,一般選擇幾nf高頻電容。R為保險(xiǎn)絲,D1為保護(hù)二極管,D2為瞬態(tài)吸收二極管(P6KE系列)。

遙控開/關(guān)電路

模塊電源的遙控開關(guān)操作,是通過REM端進(jìn)行的。一般控制方式有兩種:

1、REM與-VIN(參考地)相連,遙控關(guān)斷,要求VREF<0.4V。REM懸空或與+VIN相連,模塊工作,要求VREM>1V。

2、REM與VIN相連,遙控關(guān)斷,要求VREM<0.4V。REM與+VIN相連,模塊工作,要求VREM>1V。REM懸空,遙控關(guān)斷,即所謂"懸空關(guān)斷"(-R)。

如果控制要與輸入端隔離,則可以使用光電耦合器作為傳遞控制信號(hào)。

模塊組合

1、并聯(lián)擴(kuò)容。將相同模塊輸出端并聯(lián),可使輸出能力增強(qiáng),但并聯(lián)模塊的輸出電壓要調(diào)整得比較一致,以保證相對(duì)均流,同時(shí)避免不必要的振蕩。對(duì)有較大電流輸出的模塊,還可以仔細(xì)設(shè)計(jì)引線電阻,以達(dá)到均流效果。用這種方法并聯(lián)的模塊,不宜超過2個(gè)。同時(shí),如果其中一塊模塊輸出有故障,整個(gè)系統(tǒng)都將不能正常工作。并聯(lián)擴(kuò)容連接電路RL為負(fù)載。

2、冗余熱備份并聯(lián)。將相同的模塊輸出端通過二極管后并聯(lián)可使輸出能力增強(qiáng),以提高電源系統(tǒng)的可靠性。原則上如果配合相應(yīng)輸出報(bào)警電路,將模塊放在可以拆卸的母線上,這樣,出現(xiàn)故障的模塊可以及時(shí)更換。用這種方法并聯(lián)的模塊,沒有量限制。D一般為肖特基二極管。

3、串聯(lián)擴(kuò)容。將相同模塊輸出端串聯(lián),可使輸出電壓倍增,功率也相應(yīng)增加,而串聯(lián)輸出端須接二極管以進(jìn)行保護(hù)。

鈴流備份

鈴流發(fā)生器主要用于電話局交換機(jī)給電話用戶提供振鈴,一般是在偏置狀態(tài)下使用。偏置可分為正偏置和負(fù)偏置。為了提高鈴流系統(tǒng)的可靠性,需要對(duì)鈴流進(jìn)行備份。

應(yīng)用領(lǐng)域

開關(guān)電源模塊應(yīng)用在幾大方面

1、電力,主要有集成器和電表以及智能電表

2、工控, 工業(yè)控制領(lǐng)域

3、醫(yī)療,醫(yī)療設(shè)備,主要有護(hù)胎儀,監(jiān)護(hù)儀等等

4、軍工,軍工業(yè)是應(yīng)用很廣泛的一個(gè)方面。軍用設(shè)備里。

1MHZ以內(nèi),以差模干擾為主。

1、增大X電容量;

2、添加差模電感;

3、小功率電源可采用 PI 型濾波器處理(建議靠近變壓器的電解電容可選用較大些)。

1MHZ-5MHZ,差模共�；旌�,采用輸入端并聯(lián)一系列 X 電容來(lái)濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標(biāo)并以解決,

1、對(duì)于差模干擾超標(biāo)可調(diào)整 X 電容量,添加差模電感器,調(diào)差模電感量;

2、對(duì)于共模干擾超標(biāo)可添加共模電感,選用合理的電感量來(lái)抑制;

3、也可改變整流二極管特性來(lái)處理一對(duì)快速二極管如 FR107 一對(duì)普通整流二極管1N4007。

5M以上,以共摸干擾為主,采用抑制共摸的方法。

對(duì)于外殼接地的,在地線上用一個(gè)磁環(huán)串繞 2-3 圈會(huì)對(duì) 10MHZ 以上干擾有較大的衰減作用; 可選擇緊貼變壓器的鐵芯粘銅箔, 銅箔閉環(huán). 處理后端輸出整流管的吸收電路和初級(jí)大電路并聯(lián)電容的大小。

20-30MHZ,

1、對(duì)于一類產(chǎn)品可以采用調(diào)整對(duì)地Y2 電容量或改變Y2 電容位置;

2、調(diào)整一二次側(cè)間的Y1 電容位置及參數(shù)值;

3、在變壓器外面包銅箔;變壓器最里層加屏蔽層;調(diào)整變壓器的各繞組的排布。

4、改變PCB LAYOUT;

5、輸出線前面接一個(gè)雙線并繞的小共模電感;

6、在輸出整流管兩端并聯(lián)RC濾波器且調(diào)整合理的參數(shù);

7、在變壓器與MOSFET之間加BEAD CORE;

8、在變壓器的輸入電壓腳加一個(gè)小電容。

9、可以用增大MOS驅(qū)動(dòng)電阻.

30-50MHZ,普遍是MOS管高速開通關(guān)斷引起。

1、可以用增大MOS驅(qū)動(dòng)電阻;

2、RCD緩沖電路采用1N4007 慢管;

3、VCC供電電壓用1N4007 慢管來(lái)解決;

4、或者輸出線前端串接一個(gè)雙線并繞的小共模電感;

5、在MOSFET的D-S腳并聯(lián)一個(gè)小吸收電路;

6、在變壓器與MOSFET之間加BEAD CORE;

7、在變壓器的輸入電壓腳加一個(gè)小電容;

8、PCB心LAYOUT 時(shí)大電解電容,變壓器,MOS構(gòu)成的電路環(huán)盡可能的小;

9、變壓器,輸出二極管,輸出平波電解電容構(gòu)成的電路環(huán)盡可能的小。

50-100MHZ,普遍是輸出整流管反向恢復(fù)電流引起。

①可以在整流管上串磁珠;

②調(diào)整輸出整流管的吸收電路參數(shù);

③可改變一二次側(cè)跨接Y電容支路的阻抗,如PIN腳處加BEAD CORE或串接適當(dāng)?shù)碾娮?

④也可改變MOSFET,輸出整流二極管的本體向空間的輻射(如鐵夾卡MOSFET; 鐵夾卡DIODE,改變散熱器的接地點(diǎn));

⑤增加屏蔽銅箔抑制向空間輻射。

200MHZ以上,開關(guān)電源已基本輻射量很小,一般可過EMI標(biāo)準(zhǔn)。

補(bǔ)充說明:

開關(guān)電源高頻變壓器初次間一般是屏蔽層的,以上未加綴述。開關(guān)電源是高頻產(chǎn)品,PCB的元器件布局對(duì)EMI,請(qǐng)密切注意此點(diǎn)。

開關(guān)電源若有機(jī)械外殼,外殼的結(jié)構(gòu)對(duì)輻射有很大的影響,請(qǐng)密切注意此點(diǎn)。主開關(guān)管、主二極管不同的生產(chǎn)廠家參數(shù)有一定的差異,對(duì) EMC 有一定的影響,請(qǐng)密切注意此點(diǎn)。