电源模块范文

电源模块范文第1篇

这种设计的复杂性加大了无线网络及有线系统应用工程师的负担。他们的选择只能是：要么大量投资提高内部电源管理技术水平，要么依靠外部设计公司的专业技术。

最近，出现了第三种选择：负载点DC／DC电源模块。这种模块整合了大部分或全部即插即用解决方案所需的组件，最多可取代40种不同组件。这种集成有助于简化并加快设计速度，同时减小电源管理系统的尺寸规格。

实现这些模块所需性能，同时控制在预算和空间要求范围内，关键是切实掌握现有不同技术。

如图1所示，大部分传统通用非隔离式DC／DC电源模块仍采用单列直插封装。这些开放式框架解决方案在减小设计复杂性方面取得了一定进步，但也只是在印刷电路板上采用标准封装部件。它们一般为低功率设计(约300kHz)，功率密度并不突出。因此，受其尺寸的影响，很难成为许多空间受限应用的选择。下一代电源模块需要在减小尺寸上下功夫，以提高设计灵活性，

为提高设计人员所需的功率密度，电源管理系统供应商必须提升开关频率，以减小储能元件的尺寸。但利用标准器件提高开关频率会导致效率下降，这主要是M0sFET开关损耗造成的。这种情况促使行业寻找经济高效的方法，降低DC／DC模块中MOSFET驱动功率通道的寄生阻抗，使成型模块的大小相当于一块集成电路。

在评估特定应用的解决方案时，尺寸和成本是两个重要考虑因素。但其他因素对于最终应用同样重要或更加重要。下面说明其中的部分考虑因素。

可靠性

可靠性是所有系统设计师需要解决的一个主要问题。许多分布式电源架构应用需要多年正常运行，基本不发生故障。可靠性在系统总拥有成本中发挥重要作用。由于大量部件组合封装、高功率密度产生的热疲劳现象以及附属电路故障，可靠性成为电源模块必须解决的重要问题。

电子系统和部件失效率呈浴盆曲线形状(见图2)。曲线中，由一种状态转变为另一种状态的陡度和锐度取决于选用的组件和组件的等级，以及这些组件与模块中其他组件的兼容性。例如，采用30V MOSFET，在20V输入条件下，只要注意驱动电路、肖特基二极管和缓冲电路的选择，DC／Dc模块就可以满足预期要求。

电源模块中的热疲劳是由于功率转换效率低，散热空间有限造成的。这种情况最终会使温度上升，从而缩短产品使用寿命。为降低温度对平均无故障时间(MTBF)的影响，系统设计师应考虑散热、气流和模块功率损耗降级曲线，如图3所示。

另一个产生严重故障的现象是焊点裂纹造成温度升高。如果模块经受机械震动或多次温度周期冲击，焊点很容易产生裂纹，最终与基底脱离，从而造成电阻升高，温度应力加大。这种情况会反复出现，直到断线为止，造成致命故障。

电热性能

权衡性能、可靠性和经济性，是系统设计师选择最佳模块时面临的一大困难。缺少标准化测试条件和测量结果，特别是在功率、效率和瞬态响应等数据手册公布的主要参数方面，进一步加大了模块选择的难度。

进行功效比较时，需考虑功效对比的输入电压、输出电压和电流量。瞬态响应是进行有效比较时需要考虑的另一个参数。必须保证输入和输出电压一致，输出电容值相同或参数相似(ESR、ESL等)。最后，瞬态电流阶跃变化的大小和量级相同。

许多应用场合，电源模块需要在恶劣的环境下工作。比较模块功效时，不应只关心25℃时的电性能，而且还要考虑系统环境温度、气流和模块的散热方法。例如，Intersil采用QFN封装的ISL820xM系列，优化了PCB的导热能力，模块底部大面积铜箔有助于提高整体功效水平。

总之，新的、更高功率密度的产品将成为非隔离式负载点DC／DC转换器市场未来的选择。IntersiI推出的IsL820IM模块整合了构成DC／DC转换器所需的大部分组件，包括PWM控制器、MOSFET和电感器，输入电压为1～20V，电流达10A，其开关频率、高于传统SIP DC／DC模块，采用小型15mm×15mm×3.5mm QFN封装，消除了MOSFET封装和组合封装器件(见图2)。ISL8201M是这个模块系列中的首款产品，尺寸更小、性能进一步改善的模块正在开发中。

电源模块范文第2篇

关键词：信号地 模拟地 数字地 电源模块

中图分类号：TM9 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）04（b）-0043-02

电子产品的设计包括两个层次上的概念：功能设计和性能设计，二者缺一不可。接地设计的优劣不但影响到产品的性能，还可能影响到设备的功能实现，因此，在设计时需要从信号接地的角度处理产品的各种信号的布局走线。

1 接地定义

“接地”指的是为了设备和人身的安全，将电力设备、输变电设备、电子设备、电气设备、建筑物和构筑物等用金属导体与大地进行电气上的连接[1]。后来也指电子设备通过接地线直接接到大地上或者接在一个作为参考电位的导体上，当电流通过该参考电位时，不应产生压降。

2 接地种类

弱电系统中，地是为电路正常工作而提供的一个基准电位。该基准电位可设为电路系统中的某一点、某一段或者某一块等[2]。为防止各种电路在工作时产生互相干扰，使之正常工作，根据电路性质，将工作接地分为不同的种类，比如：交流地、直流地、数字地、模拟地、信号地、功率地、电源地、屏蔽地等。

3 接地方式

电子设备的接地方式主要包括单点接地、多点接地、混合接地和悬浮地接地。

3.1 单点接地

整个电路中只有一个物理点被定义为接地参考点，其他各个需要接地的点都直接接到这个点上，此接地方式适用于工作频率小于1MZ的电路系统。分为串联式单点接地、并联式单点接地及混合式单。

（1）串联式单点接地。

串联式单点接地也叫干线束单点接地，即用同一条公共地线接到电位基准点，需要接地的部分就近接到该公共接地线上。此种接地方式的接地点应选在低电平电路的输入端，使该端最接近基准电位，减少干扰。适用于设备机柜的接地，优点是接地方式简单，各个电路的接地引线比较短；缺点是抗干扰性差。

（2）并联式单点接地。

并联式单点接地也叫放射式单点接地，即将需要接地的各个部分分别以接地导线直线连到电位基准点。适用于低频信号处理电路的接地。优点是抗干扰性能强；缺点是接地线多，会造成设备体积增大、重量增加、成本提高。

（3）混合式单点接地。

混合式单点接地方式就是将同类型电路接地系统进行串联式单点连接，然后将不同类型电路接地系统进行并联式单点连接。这样既减少了部分分解的难度，也尽可能降低了地线之间的电磁干扰。

3.2 多点接地方式

工作频率高的电路（大于10 MHz）采用多点接地（即在该电路系统中，用一块接地平板代替电路中每部分各自的地回路）。因为接地引线的感抗与频率和接地引线的感抗与频率和长度成正比。工作频率高时将增加供地阻抗，也会增大供地阻抗的电磁干扰，所以要求地线的长度尽量短。采用多点接地时，尽量找最近的低阻值接地面接地。

3.3 混合接地方式

工作频率介于1和10 MHz之间的电路采用混合接地式。当接地线的长度小于0.15倍系统最高工作频率的波长时。采用单点接地式，否则采用多点接地式，即每隔0.15个信号波长接一次地。

3.4 悬浮地方式

悬浮地也叫浮地，即该电路的地与大地无导体连接。其优点是该电路不受大地电性能影响；其缺点是电路容易受寄生电容的影响，而使该电路的地电位变动造成对模拟电路的感应干扰。

4 电源模块接地设计

某电源模块是舰载电子设备中的一个部件。需要在有限空间内将220 V交流电源转换成+5 V1、+12 V、-12 V1、+5 V2、+9 V等多种稳压直流电源供电源模块自身保护电路和电子设备内其他部件使用。

基于该电源模块在电子设备中所占空间较小，输入电源为交流电源、需要输出5种低压大电流直流电源，且需要进行输入、输出电源保护电路等功能设计，所以从几个方面考虑接地设计：交流输入电源接地、输出低压电源接地设计、保护电路接地设计及电源模块的屏蔽设计。

4.1 输入交流电源接地设计

电子设备供电为220 V交流电源，220 V火线、零线和地线通过机箱插头及机箱内单独布线线束接到电源模块插座，电源模块的220 V接地线插针、电源滤波器地通过印制板边缘大面积网格状方式布线。

4.2 输出直流电源接地设计

电源模块将220 V交流电源整流、滤波成直流电源，然后经过不同的DC/DC直流稳压、降压模块转换成+5 V1、+12 V、-12 V等直流压电源，通过插头、母板送出，供其他部件使用。为了提高设备性能，防止电源地线相互干扰，将三类电源的地和电源插头之间单独布线，且尽可能双面、加粗布线以满足需求。

4.3 保护电路接地设计

电源模块将输入的220 V交流电源通过小型变压器降压、整流、直流稳压器稳压后产生保护电路所需的+5 V2、+9 V直流稳压电源。由于保护电路为数字翻转电路，对脉冲、尖峰很敏感，受到干扰会产生错误控制，因此，此路电源的地线采用串联并地法，即所有保护电路的地和+5 V2直流稳压电源输出地就近互相连接最终将5 V2直流稳压电源地线通过接线柱接至电源模块屏蔽层。

4.4 电源模块屏蔽层接地设计

由于该电源模块上具有交流电源、小变压器等，存在干扰其他电路的因素，因此，就需要进行屏蔽层的接地处理。出于各种考虑，采用金属壳体全面覆盖，通过接线柱和螺钉固定等将金属壳体和交流地线连接，电源模块装入机箱后，金属屏蔽层和机箱壳体连接。因此，电子设备和外部供电系统保持同一零电位。

5 结语

该电源模块设计、投产加工出样品后，调试一次性通过，装入机箱，进行整机电磁兼容、抗干扰等试验，也顺利通过，说明了电源模块合理的接地设计对整个电子设备的抗干扰性起着重要作用。

参考文献

[1] 赵家升.电磁兼容原理及技术[M].电子工业出版社，2012.

[2] 周拥军，梁晓庾.数字视频记录仪接地设计[J].电光控制，2004，11（4）：63-65.

电源模块范文第3篇

越是空间受限的应用，对电源模块以及相应的器件的要求越苛刻。不仅要求电源模块或者器件本身体积要足够小，而且还要求尽可能高的转换效率(省电)，尽可能低的功耗(还是省电，而且降低散热以及线路布局的要求)，还要尽量避免对系统的干扰(系统内外的信号已经够乱了，不能让电源再来添乱)，这简直有些不近人情。例如：很多手持产品的电源模块中，不仅要求小体积，低功耗，还要求很高的开关频率，这么做是为了避开收音机FM频段，以避免对FM收听的干扰，但设计者同时提出这样高的开关频率下还要求EMI要能有效控制，并且具备快速瞬态响应。能够实现吗?

近日，德州仪器推出4款全新SIMPLE SWITCHER易电源电源管理集成电路(IC)，这些产品适用于空间受限的负载点设计，例如工业、通信和汽车应用等领域。这些产品同时带有片上电感器的1A LMZl0501和650mA LMZl0500纳米模块，以及2A LMR24220和1 A LMR24210纳米稳压器采用高性能和微型纳米封装。与TI的WEBENCH在线设计工具一起使用，可以简化产品开发流程并加快设计进度。

在典型的空间受限的设计中，TI的新型纳米电源模块支持2.7 V～5.5V输入电压范围，可以配合纳米电源稳压器降低从中间电压轨至负载点的电压，这为空间和高度受限的应用提供了一个完整的电源管理解决方案。

OEM网络计算机解决方案供应商Gateworks公司工程副总裁DougHollingsworth表示：“利用TI的SIMPLE SWITCHER易电源纳米电源模块，我们能够实现更小的尺寸，与以前的分立式解决方案相比，我们的嵌入式路由器板电源的尺寸较之前缩小50％以上。”Laguna GW2380网络平台是一款尺寸小于5平方英寸的微型全功能嵌入式路由器板，耗电量低于3W。GW2380非常适合空间受限的低功耗嵌入式应用，它采用了TI的全新1A LMZl0501纳米模块，以及今年早些时候宣布的3ALMZl4203电源模块。

SIMPLE SWITCHER易电源电源模块扩展了TI的集成电源解决方案组合，产品均符合针对通信应用的CISPR 22 Class B辐射和传导电磁干扰(EMI)标准。全新纳米模块还可满足汽车应用的CISPR 25 Class 5辐射噪声干扰标准。对于便携式应用，TI还提供了完全集成的6.7mm2MicroSiP封装的600 mA TPS82671。

电源模块范文第4篇

尽管本文所讨论的原理适用于广泛的电源设计，但我们在此只关注直流到直流的转换器，因为它的应用相当广泛，几乎每一位硬件工程师都会接触到与它相关的工作，说不定什么时候就必须设计一个电源转换器。本文中我们将考虑与低电磁干扰设计相关的两种常见的折中方案；热性能、电磁干扰以及与PCB布局和电磁干扰相关的方案尺寸等。文中我们将使用一个简单的降压转换器做例子，如图1所示。

在频域内测量辐射和传导电磁干扰，这就是对巳知波形做傅里叶级数展开，本文中我们着重考虑辐射电磁干扰性能。在同步降压转换器中，引起电磁干扰的主要开关波形是由Q1和Q2产生的，也就是每个场效应管在其各自导通周期内从漏极到源极的电流di／dt。图2所示的电流波形(Q1on和Q2on)不是很规则的梯形，但是我们的操作自由度也就更大，因为导体电流的过渡相对较慢，所以可以应用Henry Ott经典著作《电子系统中的噪声降低技术》中的公式1。我们发现，对于一个类似的波形，其上升和下降时间会直接影响谐波振幅或傅里叶系数(Io)。

In=2Id Sin(n丌d)／n丌d×Sin(n丌tr／T)／n丌t／T

(1)

其中，n是谐波级次，T是周期，I是波形的峰值电流强度，d是占空比，而tr是tr或tr的最小值。

在实际应用中，极有可能会同时遇到奇次和偶次谐波发射。如果只产生奇次谐波，那么波形的占空比必须精确为50％。而实际情况中极少有这样的占空比精度。

谐波系列的电磁干扰幅度受Q1和Q2的通断影响。在测量漏源电压Vus的上升时间tr和下降时间tf，或流经Q1和Q2的电流上升率di／dt时，可以很明显看到这一点。这也表示，我们可以很简单地通过减缓Q1或Q2的通断速度来降低电磁干扰水平。事实正是如此，延长开关时间的确对频率高于f=1／3.14t的谐波有很大影响。不过，此时必须在增加散热和降低损耗间进行折中。尽管如此，对这些参数加以控制仍是一个好方法，它有助于在电磁干扰和热性能间取得平衡。具体可以通过增加一个小阻值电阻(通常小于5n)实现，该电阻与Q1和Q2的栅极串联即可控制tr和tf，你也可以给栅极电阻串联一个“关断二极管”来独立控制过渡时间tr或tf(见图3)。这其实是一个迭代过程，甚至连经验最丰富的电源设计人员都使用这种方法。我们的最终目标是通过放慢晶体管的通断速度，使电磁干扰降低至可接受的水平，同时保证其温度足够低以确保稳定性。

开关节点的物理回路面积对于控制电磁干扰也非常重要。通常，出于PCB面积的考虑，设计者都希望结构越紧凑越好，但是许多设计人员并不知道哪部分布局对电磁干扰的影响最大。回到之前的降压稳压器例子上，该例中有两个回路节点(如图4和图5所示)，它们的尺寸会直接影响到电磁干扰水平。

Ott关于不同模式电磁干扰水平的公式(2)示意了回路面积对电路电磁干扰水平产生的直接线性影响。

E=263×10(f2AI)(i／r)

(2)

辐射场正比于下列参数：涉及的谐波频率(f，单位Hz)、回路面积(A，单位m2)、电流(I)和测量距离(r，单位m)。

此概念可以推广到所有利用梯形波形进行电路设计的场合，不过本文仅讨论电源设计。参考图4中的交流模型，研究其回路电流流动情况：起点为输入电容器，然后在Q1导通期间流向Q1，再通过L1进入输出电容器，最后返回输入电容器中。

当Q1关断、Q2导通时，就形成了第二个回路。之后存储在L1内的能量流经输出电容器和Q2，如图5所示。这些回路面积控制对于降低电磁干扰是很重要的，在PCB走线布线时就要预先考虑清器件的布局问题。当然，回路面积能做到多小也是有实际限制的。

从公式2可以看出，减小开关节点的回路面积会有效降低电磁干扰水平。如果回路面积减小为原来的3倍，电磁干扰会降低9.5dB，如果减小为原来的10倍，则会降低20 dB。设计时，最好从最小化图4和图5所示的两个回路节点的回路面积着手，细致考虑器件的布局问题，同时注意铜线连接问题。尽量避免同时使用PCB的两面，因为通孔会使电感显著增高，进而带来其他问题。

恰当放置高频输入和输出电容器的重要性常被忽略。若千年以前，我所在的公司曾把我们的产品设计转让给国外制造商。结果，我的工作职责也发生了很大变化，我成了一名顾问，帮助电源设计新手解决文中提到的一系列需要权衡的事宜及其他众多问题。这里有一个含有集成镇流器的离线式开关的设计例子：设计人员希望降低最终功率级中的电磁干扰。我只是简单地将高频输出电容器移动到更靠近输出级的位置，其回路面积就大约只剩原来的一半，而电磁干扰就降低了约6dB。而这位设计者显然不太懂得其中的道理，他称那个电容为“魔法帽子”，而事实上我们只是减小了开关节点的回路面积。

电源模块范文第5篇

跨多种应用领域的系统设计人员具有类似的需求以及对倾向于采用dc/dc电源模块的要求。最经常提到是对更薄厚度、更小面积、更高效率及更大功率密度[1]等特性的需求。新一代dc/dc电源模块应运而生，正开始步入市场以满足上述要求。这些双输出和三输出隔离式模块运行于标准的-48V局端电源中，可提供3W～100W的功率。它们包括输出电压最低达1.0V的模块及最高输出电流达30A的模块。

尺寸

系统设计人员为在更小空间中实现更高性能的信号处理电路，所面临的竞争挑战日益激烈。先进的DSP与ASIC有助于提供此功能，但需要更多电压较低的电源轨，并需具备高精度排序与调节。通过减少实施电力系统所需的整体模块数，最新的多输出电源模块满足了这一要求。

描述模块效率面积（平方英寸）成本(1千/年)

多个单输出隔离式模块33W效率单输出3.3V/9A89.0%3.742.38美元

20W单输出2.5V/8A75.0%3.0638.52美元

总计：77.6%9.82119.42美元

单个三输出隔离式模块25A三输出3.3/2.5/1.8V87.0%5.4196.64美元

多输出电源模块提供了可节省板级空间的独特设计选择。分布式电源架构正逐渐渗透电信与数据通信市场。就需要超过三种不同电压的应用而言，设计人员可使用多输出模块提供电源总线隔离，并可为各种负载点模块供电。这种配置使设计人员不必再担心使用所有单输出模块所需的板级空间。

电气性能

排序

最新的DSP、ASIC、FPGA及微处理器需要多个低电压，并可能要求复杂多变的加电／断电排序。由于产品上市时间的限制，众多更高级产品（其中电源模块仅是该产品的一个组件）的设计没有时间或板级空间来构建外置排序电路。而且，即便不受时间与板级空间的限制，他们也必须考虑组件成本的增加。比较简单的解决方案就是选择采用可利用新型内部排序多输出电源模块的系统电源架构。

例如，诸如德州仪器(TI)PT4850系列的三输出模块的加电特性就能够满足微处理器及DSP芯片组的要求。该模块运行于标准的-48V输入电压下，其额定组合输出电流可达25A。输出电压选项包括一个用于DSP或ASIC内核的低电压输出，以及两个用于I/O和其他功能的额外电源电压。

PT4850提供了最佳的加电顺序，可监视输出电压，并可在短路等错误情况出现时提供所有电压轨道的有序关闭。所有三个输出均在内部进行排序以便同时加电启动。

在加电启动时，Vo1起初升至约0.8V，随后Vo2与Vo3快速增加至与Vo1相同的电压数。所有三个输出而后一起增加，直至每个均达到其各自电压为止。该模块一般在150ms内产生完全自动调整的输出。在关闭时，由于整流器活动开关的放电效果，所有输出快速下降。放电时间一般为100µs，但根据外部负载电容而有所差异。

效率

在低功率应用中，即便最小的dc/dc电源模块可能也会有数百毫瓦的静态损失。这解些损失主要由耗费功率的组件造成的，如整流器、交换晶体管及变压器。如果使用一个部件来提供原本需要二至三个独立分组部件所做的工作，那么就可以减少耗费功率的组件总数量。如表1所示，这提高了9.4%的效率。

一些最新的多输出模块可在全额定负载电流中以90%的效率运行。这样的高效率恰恰是由那些使用MOSFET同步整流器的拓扑实现的。该整流器消耗的电量比上一代dc/dc电源模块中使用的肖特基二极管耗电要少。

互稳压

最新的多输出电源模块采用先进的电路，消灭了互稳压问题，提高了输出电压的波纹和瞬态相应。根据以前的经验，在模块的任何一个输出上增加输出电流均会导致其他输出上的电压改变。TI的PT4850与PT4820系列三输出模块则解决了这一问题。新一代电源模块在隔离阻障的输出端上就每个输出都采用稳压控制电路。通过专有磁耦合设计，控制信号可在模块初级端与二级端之间进行传递。图5显示了输出一(≤5mV)在输出二负载增加情况下的变化。

瞬态与波纹

PT4820与PT4850系列具有出色的瞬态响应和输出电压波纹性能等特点。该模块的三逻辑电压输出是独立调节的，这有助于可与单输出电源模块相媲美的瞬态响应(≤200µSec)和输出电压波纹(≤20mV)。

成本

多输出电源组件不再需要两个或更多单输出器件，这就减少了成本。表1显示了电源相同的一个25A三输出模块与三个单输出模块的对比。

在分布式电源应用中，设计人员通过利用单个多输出模块和非隔离式负载点模块（图2）替代了高成本的单输出砖，从而实现了成本节约。也可以实现，由于多输出模块在更少组件情况下也可得以实施，因此进一步节约了成本（和板级空间）。例如，在某些应用中，多输出模块仅要求一个热插拔控制器和输入去耦电容器。相反，这些组件在电源系统中则必须与每个单输出砖结合使用。

产品上市时间是一种间接成本，利用多输出电源模块可减少该成本。这种成本节约主要是由于OEM厂商减少了设计、测试和制造等资源。

故障管理

设计人员必须确定其电源系统如何对故障情况进行响应。当今的多输出电源模块结合了先进的故障管理功能。这些功能包括过压、过流和短路保护，有助于防止损坏设计者的电路。

输出过电压保护利用的是可不断检测输出过电压情况的电路系统。当电压超过预设级别(presetlevel)时，电路系统将关闭或箝住电源输出，并使模块进入锁定状态。为了恢复正常操作，一些模块必须主动重启。这可通过立刻消除转换器的输入电源得到实现。为了实现故障自动保护运行和冗余，过电压保护电路系统是独立于模块的内部反馈回路的。

过电流保护可防止负载错误。在某些设计中，一旦来自模块的负载电流达到电流限制阈值，如果负载再尝试吸收更多电流的话，那么就会导致模块稳压输出电压的下降。该模块不会因为持续施于任何输出的负载错误而损坏。

当模块各输出的组合电流超过电流限制阈值时（如任何输出引脚上发生短路），短路保护将关闭模块。该关闭将迫使所有输出的输出电压同时降至零。关闭之后，模块将在固定间隔时间中通过执行软启动加电定期尝试恢复。如果负载故障仍然存在，那么模块将持续经历连续的过电流错误、关闭和重启。

灵活性

电压和电流输出以及封装设计的灵活性是多输出电源模块的一个关键特性。某些制造商可提供24V（18V至36V）与48V（36V至72V）两种输入。其采用完全隔离输出的通用架构可使系统设计人员在双或三输出电路中使用模块，而不会造成过多最低负载要求或互稳压降级的情况。

由于芯片供应商开发器件的操作电压不一定符合以前的迭代法，因此电压和电流输出方面的灵活性正变得日趋重要。众多的多输出模块都以独立调节和可调的输出电压来解决此问题。为了获得独特的电压，某些模块上的输出可从外部电压进行远程编程。此外，诸如Tyco公司的CC025等三输出系列模块还可以通过使用连接到调整引脚(trimpin)的外部电阻来允许输出电压设定点调整。

封装灵活性简化了主板设计人员的工作。许多现有的多输出模块都使用业界标准的砖形封装(bricktypepackaging)和面积规格，这确保了引脚兼容性和辅助货源。TI的Excalibur™系列等创新型模块均采用具有表面安装、垂直通孔和平行通孔封装风格的镀锡薄板铜盒。

多输出电源模块的商业可用性为设计人员提供了极佳的灵活性。表2显示了一些制造多输出模块的业界领先供应商。这些模块存储于领先的分销商处，可为设计资格认证和最后时刻的更改提供极快的可用性。

表2、多输出模块制造商

制造商产品类型

Artesyn科技公司15W至60W双、三输出

Astec20W至150W双输出

爱立信30W至110W双、三输出

APower-One2.5W至195W双、三、四输出

SynQor40W至60W双输出

德州仪器3W至75W双、三、四输出

TycoPowerSystems25W至50W双、三输出

可靠性

具有高度可靠性的电源系统设计是系统设计人员始终都要面对的挑战。从内在来说，使用单个多输出模块的电源系统的可靠性要高于所有单输出模块。例如，一个三输出模块可提供1,108,303小时的额定MTBF（902.3FIT）。与此相对照，提供相同输出电压和电流的三个单输出模块则达到了984,736MTBF(1015.5FIT)的额定MTBF。多输出模块之所以具有更高的可靠性，是因为其架构中使用的总体组件数量更少。

结论

随着产业潮流要求设计人员使用体积更小、效率更高的电源供应，电源模块制造商推出了可简化系统设计及操作的多输出dc/dc电源模块，以响应上述潮流。最新的多输出模块能够通过为混合逻辑应用（诸如DSP、ASIC和微处理器等）提供稳压低电压输出而使设计人员受益。与前代产品相比，上述模块显著提高了给定面积上的功能。在某些情况下，该小型架构所占空间仅为单输出电源模块的55%。减少模块数量也可以降低成本，同时提高效率和可靠性。内置的操作和保护特性免除了开发外部电路系统的任务和费用，从而不仅节省了板级空间，而且还大大加快了产品的上面进程。

参考书目

电源模块范文第6篇

本文讨论了一种使用通孔布置来最大化双相电源模块散热性能的多层PCB布局方法。其中的电源模块可以配置为两路20A单相输出或者单路40A双相输出。使用带通孔的示例电路板设计来给电源模块散热，以达到更高的功率密度，使其无须散热器或风扇也能工作。

那么该电源模块如何才能实现如此高的功率密度？图1电路图中显示的电源模块提供仅有8.5℃/W的极低热阻θJA，这是因为其衬底使用了铜材料。为给电源模块散热，电源模块安装在具有直接安装特性的高效导热电路板上。该多层电路板有一个顶层走线层（电源模板安装于其上）和利用通孔连接至顶层的两个内埋铜平面。该结构有非常高的导热系数（低热阻），使电源模块的散热很容易。

为理解这一现象，我们来分析一下ISL8240MEVAL42评估板的实现（见图2）。这是一个在4层电路板上支持双路20A输出的电源模块评估板。

该电路板有4个PCB层，标称厚度为0.062英寸（±10%），并且采用层叠排列，如图3所示。

该PCB主要由FR4电路板材料和铜组成，另有少量焊料、镍和金。表1列出了主要材料的导热系数。

我们使用式1来确定材料的热阻。

为确定图3中电路板顶部铜层的热阻，我们取铜层的厚度（t）并除以导热系数与截面积之积。为计算方便，我们使用1平方英寸作为截面积，这时A=B=1英寸。铜层的厚度为2.8密耳（0.0028英寸）。这是2盎司铜沉积在1平方英寸电路板区域的厚度。系数k是铜的W/（in-℃）系数，其值等于9。因此，对于这1平方英寸2.8密耳铜的热流，热阻为0.0028/9=0.0003℃/W。我们可使用图3显示的每层尺寸和表1中的相应k系数，来计算每层1平方英寸电路板区域的热阻。结果如图4所示。

从这些数字，我们可知33.4密耳（t5）层的热阻是最高的。图4中的所有数字显示了从顶层至底层的这4层1平方英寸电路板的总热阻。如果我们添加一个从电路板顶层至底层的通孔连接会怎样？我们来分析添加该通孔连接的情况。

电路板使用的通孔的成孔尺寸约为12密耳（0.012英寸）。制造该通孔时先钻一个直径为0.014英寸的孔，然后镀铜，这会在孔内侧增加约1密耳（0.001英寸）厚的铜壁。该电路板还使用了ENIG电镀工艺。这在铜外表面上增加约200微英寸镍和约5微英寸金。我们在计算中忽略这些材料，只使用铜来确定通孔的热阻。

式2是计算圆柱形管热阻的公式。

式中，l是圆柱形管的长度，k是导热系数，r1是较大半径，r0是较小半径。

对12密耳（直径）成孔使用该式，我们有r0=6密耳（0.006英寸）、r1=7密耳（0.007英寸）和K=9（镀铜）。

变量l是通孔的长度（从顶面铜层到底面铜层）。电路板上焊接电源模块的地方没有阻焊层，但对其他区域，PCB设计工程师可能要求在每个通孔的顶部放置阻焊层，否则通孔上面的区域会空缺。由于通孔只连接外铜层，所以其长度为63.4密耳（0.0634英寸）。总通孔长度本身的热阻是167℃/W。图6列出了连接电路板各层的每段通孔的热阻。

请注意，这些值只是一个通孔本身的热阻，并未考虑穿过电路板的每一段与围绕它的材料是横向连接的。

如果我们分析图4中各个电路板层的热阻值，并将它们与一个通孔的热阻值进行比较，似乎该通孔的热阻比每层的热阻高很多，但是请注意，一个通孔只占1平方英寸电路板区域的1/5000不到。

如果我们决定比较更小的电路板区域，例如，0.25英寸×0.25英寸（这是前面电路板区域的1/16），则图4中的每个热阻值将增加到原来的16倍。例如，t4和33.4密耳厚FR4层的热阻会从5.21875℃/W增加至83.5℃/W。仅对该0.25英寸×0.25英寸区域添加一个通孔就会使穿过该33.4密耳FR4层的热阻减少近一半（83.5℃/W和90.91℃/W）。0.25英寸×0.25英寸方块的面积是一个通孔的面积的约400倍。那么如果在该区域布置16个通孔会怎样？与一个通孔相比，所有平行通孔的有效热阻将减小16倍。图7比较了各个0.25英寸×0.25英寸电路板层与16个通孔的热阻。0.25英寸×0.25英寸电路板的33.4密耳厚FR4层的热阻为83.5℃/W。16个平行通孔具有5.6821℃/W的等效热阻。

这16个通孔只占0.25英寸×0.25英寸电路板区域面积的不到1/25，但可显著减小从顶面到低层的热阻连接。

请注意，当热向下流过通孔并达到另一层时，特别是另一个铜层时，其将横向扩散到该材料层。添加越来越多通孔最终会降低效果，因为从一个通孔横向扩散到附近材料的热最终会与来自另一个方向（源自从另一通孔）的热相遇。

ISL8240MEVAL42评估板的尺寸是3英寸×4英寸。电路板上的顶层和底层有2盎司铜，还有两个内层各包含2盎司铜。为使这些铜层发挥作用，电路板有917个12密耳直径的通孔，它们全都有助于将热从电源模块扩散到下面的铜层。

结论

电源模块范文第7篇

飞兆半导体公司Carl Walding

节能设计正在席卷整个电子行业。电子设备的广泛使用对电网的压力越来越大，因此节能就显得非常有必要了。

政府机构和公用事业公司提出了一系列的法规和措施，来鼓励工程师开发效率更高的产品，尤其是在使用外置电源的时候。要满足这些法规，半导体公司将发挥关键作用，它们不断推出可降低待机功耗、提高效率的产品来达到法规的要求。

使用外置电源的产品非常广泛，如笔记本电脑、打印机、调制解调器、电池充电器等。虽然这些产品的单个功耗不大，但其数量巨大、使用频繁，效率每提高一个百分点所节约的能源也是非常可观的。据美国环境保护署的能源之星计划估算，提高这些产品的电源效率每年可节能3200万千瓦时。

能源之星计划始于20世纪90年代，其目的是通过提高消费类电子产品在关闭或待机时的效率来节能。该计划在2001年进行了扩展，提出了1w议案，要求一些家电和消费类电子产品在接到交流市电并待机时的功耗小于1W。

要达到能源之星的标准，一个产品必须满足在“开启”或工作模式，以及“关闭”或无负载(电源已经接到交流市电，但未连接设备)两种状态下的效率标准。这些标准请参见表1和表2。表1公式中的Ln指的是自然对数。能源之星对外置电源的测试方法会在工作模式测量在输出标称电流的100％、75％、50％、25％时的效率，然后计算四种状态下的测试平均值，在此基础上，再利用表1的公式确定最小的平均效率。

现在已经有一些具有成本效益的成熟方案可满足上述要求。仅仅在几年前，笨重的60Hz变压器、线性稳压器还被认为是容易设计且性价比高的方案。然而，这种设计不能满足新的标准。大多数外置电源都采用了开关模式来提高效率。出于对外置电源模块功率级别的考虑，人们通常选用反激式转换器这种拓扑，这种拓朴可以使用集成的功率开关，如Fairchild Power Switch(FPS)，见图1。

高电压FET与控制器封装在一起，从而减少了器件数量、成本和电路板面积。使用固定频率反激式转换器，可以将使用60Hz变压器的外置电源的效率，从45％～59％提高到75％～85％，而且还有进一步提高效率的办法。

例如，采用准谐振技术可以减少主开关FET中的开关损耗，可以将效率提高最多5％，为更好地理解这一点，可以回顾一下硬开关转换器的工作过程，参见图2。

当FET关断时，包括FET的Coss等在内的寄生电容、变压器电容、反射回来的二极管电容将会充电。当FET重新回到导通状态时，这些寄生电容又会对FET放电，由此导致的很大的峰值电流是开关损耗的主要原因。

然而，在准谐振转换器中，控制器会检测FET的源漏极间的电压，控制器仅在源漏极间的电压最小时的第一个波谷处使FET导通，开关频率与振荡器无关，而是取决于主电感、电容、输入电压和输出功率。图3显示了这种方式的工作原理。

准谐振开关方式大大削减了电流尖峰，从而也就减小了开关损耗和EMI。采用这种设计，可以实现零电压、高效率，并减小开关FET上的应力。

几种办法可以提高待机模式的效率，这些方法通常都采用降低开关频率的技术，因为在待机状态下，开关损耗占了总损耗的大部分，并且与频率直接相关。

如果反激式电源工作在非连续模式下，输出二极管的开关损耗会很低，因为在电压翻转之前，流过二极管的电流为零。初级侧FET的开关损耗可以用式(1)来近似计算，其中VDs是漏源电压，fsw是开关频率，IDSpk是峰值耗尽电流，tswon和tswoff是转换时间。Pswfet=1／2VDSIDSpkfsw(tswon=tswoff

(1)

为改善待机效率，FPS使用了突发模式来降低待机时的频率，参见图4。

当产品的负载进一步减小，反馈电压Vfb也会减小。当反馈电压低于500mv时，器件会自动进入突发模式。

主器件仍然会继续工作，但内部的电流限值将会降低，以限值变压器中的磁通密度。当反馈电压继续降低时，器件仍将继续开和关。

当反馈电压降低到350mV时，器件将停止开关，电源的输出电压将根据负载电流的大小，成比例地降低，从而使反馈电压升高。

当Vfb达到500mY时，器件将重新进行开关，重复上面的过程。这种突发模式的好处是可以大幅降低在待机模式下浪费的功率。例如，在驱动0．3w负载时，飞兆公司的FSDH321仅从市电网吸收0．65W的功率。

降低待机模式和活动模式的另一种办法是减小消耗在启动电阻上的功率，因为除非采用昂贵的切断电路，在将电源接到交流市电时会用到启动电阻。大多数FPS器件的内部有一个高压电流源，因此不需要启动电阻。在系统启动之后，电流源与高压直流部分的连接会被切断，从而节约更多的能源。

电源模块范文第8篇

关键词：电源模块 保护电路 应用

中图分类号：TN4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）04（a）-0045-02

随着微电子技术的发展，要求计算机的性能更加安全可靠，而计算机电源系统是否稳定，关系到整个计算机的工作状态及性能，为了确保计算机电源系统输出电压稳定和计算机电源自身的安全，计算机电源设计中保护电路的应用设计日趋重要。

1 保护电路介绍

1.1 保护电路构成

保护电路一般由故障检测电路、电压翻转电路、保护执行电路三部分组成，有的包含有保护显示电路[1]。故障检测电路对保护电路的电压或者电流进行检测，并将检测结果送到翻转电路，当检测到的电压或者电流超过设定值时，故障检测电路将检测到的故障信息送到翻转电路。产生保护控制电压，驱使保护执行电路动作，使保护电路退出工作状态或进入相应的保护状态，达到保护目的。常用保护电路构成如图1所示。

1.2 保护电路种类

保护电路种类划分方法较多，根据故障检测电路的检测方式分为过流检测保护电路、过压检测保护电路、失压检测保护电路及IC内部检测保护电路；根据保护电压翻转电路的类型可分为三极管电压翻转保护电路、可控硅电压翻转保护电路、模拟可控硅翻转保护电路和IC内部电压翻转保护电路；根据保护执行方式可分为待机处理保护电路、小信号处理保护电路、电源震荡驱动保护电路、稳压处理保护电路和保护电路直接执行保护的保护电路。

2 电源模块保护电路设计

某计算机电源设计可利用空间较小，在230 mm×200 mm的印制板上需要将220 V交流电转换成+5 V、+12 V、-12 V等多种稳压直流电源。为了避免因电源故障造成对其他部件损坏，需要电源保护电路设计。（如图2）

2.1 输入电源检测电路设计

输入～220 V的保护电路分三种，选用压敏电阻并接输入电源零火线两端，当输入电压超出压敏电阻的耐压值时，压敏电阻击穿短路，导致保险丝烧断而起到保护作用，选用热敏电阻串入输入电源火线上，因短接等原因导致电流过大超出热敏电阻指标时，热敏电阻烧断而切断电源，起到保护其他组件的作用；采集交流整流滤波后的直流300 V，将300 V分压后送人比较器MAX973输入断，和比较器MAX973另一输入端的基准电源进行比较，在电压要求范围之外时，比较器翻转，最终使DC/DC模块的输入电源断开而起到过压和欠压保护作用。

2.2 输出电源检测电路设计

采集+5 V输出直流电源，分压后送人比较器输入端，和比较器输入的基准电源进行比较，+5 V电源在要求范围之外时，比较器翻转，最终使DC/DC模块的输入电源断开而起到过压和欠压保护作用。

采集+12 V输出直流电源，分压后送人比较器输入端，和比较器输入的基准电源进行比较，+12 V电源在要求范围之外时，比较器翻转，最终使DC/DC模块的输入电源断开而起到过压和欠压保护作用。

采集-12 V输出直流电源，分压后送人比较器输入端，和比较器输入的基准电源进行比较，-12 V电源在要求范围之外时，比较器翻转，最终使DC/DC模块的输入电源断开而起到过压和欠压保护作用。

2.3 翻转电路设计

将MAX973输出端接入光电耦合器一端，光电耦合器输出端和+5 V、+12 V、-12 V检测比较器电路的输出端并接到比较器负端，和接在比较器正端的基准电源进行再次比较，输入电源和三路输出电源检测电路中任何一个电源电压值超出预定范围，则翻转电路输出电压开始翻转，将翻转后的电平送到执行电路输入端。

2.4 执行电路设计

该电源模块借用DC/DC直流稳压模块自身具有的软启动保护功能，当输入端保护端管脚为低时，DC/DC直流稳压模块停止工作。翻转电路送出电平为0～5 V，而DC/DC直流稳压模块输入电源为300 V，为了防止模块损坏对翻转电路造成逆向损坏，在翻转电路输出端和DC/DC直流稳压模块输入保护端之间增加光电耦合器进行隔离。

3 应用效果

该计算机电源模块完成设计、生产、调试后，对其保护电路的各项保护功能进行测试，均达到预定目标，满足了使用要求。

参考文献

[1] 孙铁强.进口彩电保护电路原理与维修[M].中国水利水电出版社，2010.

[2] 王海生，黄振，葛宁.基于多相滤波结构的高效动态数字信道化接收机设计[J].电路与系统学报，2013，18（2）：1-5.

电源模块范文第9篇

关键词:电源模块;生产工艺;质量改进;产品可靠性

电源模块具有体积小、功率密度大、防潮、抗振动、一致性好、应用简单、可靠性高等优点,作为专用集成电路、数字信号处理器、微处理器、存储器、现场可编程门阵列,以及其他数字或模拟负载提供电源的供应器,目前已得到广泛应用。电源模块是各类矿用电源、分站、传感器等电子产品的动力源,其可靠性是监控系统等可靠运行的前提,也是保障煤矿安全生产的基础。与集成式的解决方案相比,采用电源模块可以按照标准性能的规定进行单独设计和测试,节省开发时间、降低故障风险,当出现故障时只需将问题模块予以更换即可,易于维修。在电源模块批量应用初期,由于生产工艺不成熟,出现了较高的故障率,客户满意度不高。依照QC小组活动程序,按PDCA循环的模式,对电源模块质量现状进行了深入调查,设立攻关目标,应用调查表、排列图、关联图、对策表等系列质量管理技术和方法,全面系统地分析了故障原因并确定主要原因。在此基础上,制订了改进对策表。实施改进后,电源模块生产过程月故障率由最高时的5.3%降到0.54%,开箱不良率由最高的7.3%降为0,提高了电子产品的可靠性。

1现状调查与原因分析

1.1现状调查

分别对2015年1—4月生产过程中,以及同期发往煤矿现场的5V电源模块故障情况进行了调查统计。绘制出故障率柱状图,统计发现,5V电源模块的生产过程故障率为3.6%~5.3%,平均为4.5%,未达到生产过程故障率不大于2.0%的质量目标要求;用户现场开箱不良率最高时达到7.3%,平均达5郾1%,开箱不良率未达到不超过1.0%的质量目标要求。

1.2故障分类

为有效降低故障率,对统计期间发现的117只故障电源模块进行了故障定位分析和分类统计。制作故障类型排列图。“无电压输出冶与“带载启动异常冶占总故障数的94.0%,是电源模块故障的主要原因,解决好这两项故障,理论上可将电源模块故障率降到0.58%。如果措施得当,那么将电源模块生产过程故障率及顾客现场开箱不良率均降低到1.0%以下完全可以实现。

2原因分析与确认

2.1原因分析

通过对采购、生产、检验等过程进行了解、分析,对造成无电压输出及带载启动异常的因素进行讨论,利用头脑风暴法整理得到两类故障的原因关联图。

2.2主要原因确认

采用现场调查、验证和试验对比等方法,对引起5V电源模块无电压输出及带载启动异常的10个末端因素制订主要原因(要因)确认方法和确认标准,形成要因确认表。对10个末端因素逐一进行确认,发现“测试设备误差大冶等6项因素为非要因(确认情况略),而“焊接工艺不完善冶“电调工艺不完善冶和“灌封胶固化影响冶等3项因素属于要因,确认情况如下:

1)焊接工艺不完善。通过对当月生产的268只尚未进行树脂灌封的电源模块进行焊接工艺质量检查发现:主芯片U1背部插接处全部未点焊,一旦受力则极易脱落;由于波峰焊缺陷,有107只电源模块的电容C2/C3的4只管脚焊点存在凹陷、不牢固现象,有潜在接触不良的可能性。导致这两类现象大面积出现的主要原因是焊接工艺文件对主芯片U1背部插接处点焊和电容C2/C3管脚焊点的饱满度未提出明确要求。

2)电调工艺不完善。对电源模块在灌封前是否需要带载老化进行测试验证,选取100只通过了带载老化测试的电源模块,然后灌封树脂,发现经过带载老化的电源模块,无一例出现输出电压测试异常或纹波测试异常现象。而对比测试的另一组100只未经带载老化的电源模块,有4只输出电压测试出现启动异常,1只纹波测试异常。因此,需要对电调工艺进行调整,在灌封树脂前增加带载老化测试工序,减少电源模块灌封后启动异常和纹波异常故障。

3)灌封胶固化影响。由电源模块提供动力源的各类电子产品主要用于煤矿含有爆炸性气体的环境,为了保证电源模块发生故障时不会引爆爆炸性气体,必须用灌封胶对电源模块逐一进行灌封。对无电压输出的80只电源模块进行了拆解分析,其中主芯片接触不良64只、电容管脚脱落11只、二极管接触不良5只。经查阅相关文献得知,用于灌封的酚醛树脂胶的固化收缩率高达8%~10%,树脂内部如果存在空气、水气,则树脂干燥后会形成空隙,再加上溶剂的挥发作用都会产生较大内应力,一旦电子元器件焊接不牢,灌封胶固化收缩极易将器件管脚从电路板剥离,从而导致电源模块无电压输出。

3改进措施及效果

3.1改进措施

针对前述3项要因,按照5H1W的思路制订了改进措施,形成对策表,并逐一实施

1)明确焊接要求。针对脱焊、虚焊、焊接不牢等现象,通过修改焊接工艺文件,增加电容及主芯片焊接要求:对C2/C3电容的4只管脚用手工补焊替代波峰焊;对主芯片U1在其背部插接处进行对应手工点焊;每一焊点应饱满无凹陷、无虚焊。

2)增加电调内容。为解决电源模块带载启动异常问题,增加带载老化工序。为提高老化效率,专门设计了电源板带载老化及测试工装。在电源模块灌封前增加带载(0.72A)老化8h的工艺要求,通过老化测试工序剔除启动异常者,避免带载启动异常的电源模块进入灌封工序。

3)优化灌封工艺。为解决酚醛树脂胶灌封后因树脂固化收缩造成电源模块器件管脚脱落或接触不良故障,采取了如下措施:用固化收缩率较低的环氧树脂代替酚醛树脂;将PCB设计更改为单面布器件和单板沉底机构,保证PCB在灌胶过程中的平衡;灌封前对电路板加刷三防漆3遍,使器件与灌封胶之间形成一层隔离膜,降低因灌封胶固化收缩引起器件管脚脱落或接触不良的概率;灌封时对灌封胶进行充分搅拌以减少气泡影响;灌封后增加烘干工序,减少灌封胶内所含的空气、水气产生空洞的影响,同时提高工序效率。

3.2效果检查及巩固

在明确焊接要求、增加电调内容、优化灌封工艺后,对按照新工艺生产出的首批376只电源模块进行了可靠性试验。按照GB/T2423.10—2008、GB/T4798.2—2008、GB/T2423.22—2012、GJB1032—90分别进行振动试验、运输试验、温度变化试验和温度循环试验,按照GB/T17626—2006要求进行静电放电抗扰度试验和电快速瞬变脉冲群抗扰度试验。试验结果显示:该批产品未出现带载启动异常和无电压输出故障。对2015年8至11月间生产并发往现场的电源模块进行持续跟踪统计,电源模块生产现场平均故障率为0.62%,用户开箱不良率为0,均优于预定目标值1.0%。对4个月内生产过程中出现的9只故障电源模块进行分类,其中输出电压值超限4只,输出纹波超限3只,管脚断裂2只,未出现无电压输出和带载启动异常现象。

可靠性试验结果及批产品质量状况证明,所采取的改进措施能够有效解决无电压输出、带载启动异常的问题。为确保改进效果稳定,针对上述工艺改进措施完善了标准化手续。一是设计了电调工装,修订了《5V电源模块调试作业指导书》;二是对焊接工序增加了焊接要求,编制了《5V电源板装配图》;三是优化了灌封工艺,更改了灌封用胶、增加了刷漆及烘干工艺,下发了《电路板刷漆工艺过程卡》。同时对科研、中试及生产人员就上述3个文件进行了宣贯,并制订了培训计划,规定对新上岗、转岗及6个月未进行该岗位操作的人员上岗前均需通过上述文件的学习培训,年末对操作人员执行巩固措施情况进行考核,确保改进措施持续有效。

4结语

对2015年11月之后生产的920只电源模块持续跟踪发现,按照改进后的工艺生产的电源模块质量持续改善并趋于稳定,生产过程平均故障率为0.54%,用户开箱故障率为0。从售后及安装部门的跟踪及反馈情况看,改进后的电源模块现场使用3个月内未出现一例故障。提高了产品的客户满意度与认同感。改进后电子产品的内外部故障成本大幅降低,扣除改进增加的生产成本,按年产4000只计算,每年降本增效达61000元。

参考文献:

[1]中国质量协会.QC小组基础教材(二次修订版)[M].北京:中国社会出版社,2008.

[2]郎志正.质量管理及其技术和方法[M].北京:中国标准出版社,2003.

[3]周伊芯.模块电源结构工艺实现方式探索[J].电子工艺技术,2011(1):28-30.

[4]尚彦波.可靠性强化试验技术在平板电视电源模块研发中的应用[J].环境技术,2015(4):36-40.

电源模块范文第10篇

关键词：5V／60A　电源模块　工作原理　维修

中图分类号：TM1　文献标识码：A　文章编号：1007-3973(2011)003-011－02

1、概述

5V／60A开关模块产生的电压是用于录取器VERA计算机电路的。它是一个交流／直流静态变换器，采用半桥式变换电路，将220V交流电交换成稳定的5V／60A的直流电。该模块对输出短路和过压情况具有自动保护能力。

5V／60A开关模块的输出范围为：Vout(max)=6V，Vout(mm)=-4.8V。通过测试点可以直接测量+5V开关模块的输出电压。

2、工作原理

2.1　方框图

2.2　工作原理

输入5V／60A开关模块的220V交流电首先通过一个5A的保险丝，当保险丝熔断时并接的氖光灯发光。

220V交流电分两路：一路送入变压器，变压器的输出经过CS217模块的整流、滤波、稳压后形成15V的工作电压，该电压通过CS237的一个继电器控制为整个5V／60A开关模块内部供电。

另一路送入静态整流电路后经慢充电控制电路加到滤波电容C1。慢充电控制电路可在启动阶段限制电压跳变，并为大电流开关电路提供一个缓变的电压，只有当开关变压器输出控制信号时，慢充电控制电路才被旁路。经过整流滤波后得到的直流电压300Vdc加到半桥式变换器的大电流开关管，在开关模块CS179的控制下形成高频脉冲加到变压器T1的初级。在变压器的次级就可得到正负相间的准方波，再经过高频整流就得到5V的直流电压。这个电压通过电流传感器后，再由LC滤波器滤除其剩余纹波，获得的直流电压作为+5V开关模块输出的电压。

开关模块CS179由可变脉宽调制器、双驱动器、反馈网络、保护电路(输出监视器)等组成。

2.3　半桥式变换器

本开关电源采用的是半桥式变换电路，当半桥变换器加上300Vdc，而Q1、Q2的基极无控制脉冲时，它们都处于截止状态，由于电容C5、C6的分压作用，Q1、02的集一射间电压均为1／2U，变压器T1输入端没电压。

在t1期间，开关模块CS179的控制脉冲加到Ql的基极时，O1导通，电源电流Icl从正极经Q1、变压器和电容C4、C5流向负极，此时，Q1饱和导通，Q2集电极电压升为u，变压器T1输入端电压为1／2U。

在t2期间，无控制脉冲送入Q1、Q2的基极，它们都处于截止状态，变压器T1输入端电压为0。

在t3期间，控制脉冲加到Q2的基极时，Q2导通，电流Ic2从正极经电容C6、C4、变压器和02流向负极，此时，02饱和导通，01集电极电压升为u，变压器两端电压为-1／2U。

由此类推，当Q1、Q2按照一定控制脉冲方波交替导通和截止，变压器两端得到交变的准方波，见上图。

2.4　高频整流电路

高频变压器T1次级感应出一连串正负相间，频率为27KHz的准方波，经过二极管全波整流后得到一组单向正脉冲，再经过LC滤波，就得到所需的直流稳压输出。当输出脉冲幅值一旦固定之后，输出电压的大小就由占空系数来决定。

3、脉宽控制电路

开关模块的核心是可变脉宽调制器，它包括：基准电压、误差放大器、振动器、脉宽调制器。每当有反馈网络检测出的输出电压升高时，就会延长脉冲的歇止期，也就是缩短脉冲的持续期。

脉宽控制电路主要功能是将输出电压微小的变化转换成为脉冲宽度的变化，从而实现调整输出电压的目的。本电源的可变脉宽调制器采用集成电路SG3524。

3.1　SG3524脉宽调制器

下图是SG3524原理方框图及封装。

3.2　脉宽控制电路

I端输入从电源输出端的采样电压，2端输入基准电压v=Vref*R6／(R6+R4)，两个输入经过比较放大，产生控制脉冲，控制12、13两端输出的脉冲宽度变化。因此，只要调节可调电阻R1就能实现电源电压的变化。6接入定时电阻R7。7端接入定时电容C4。

9端可以通过对地接阻容网络，补偿系统的幅频和相频响应特性。

10端若有过压、过流信号电压(由SG3543产生)时将关断12、13两端的输出。

16端输出5V的基准电压。

通过+5V电压传感器可以在如何负载(O-60A)情况下获得稳定的+5V电压。+5V电压传感器接在电源的+5V输出端。实际上，与可变脉宽调制器相连的反馈网络可以控制输出在任何工作情况下保持稳定。+5V电压的精密调整是由安装在+5V开关模块上的调整电阻R1完成的。

4、驱动电路

双驱动器通过一个小型的隔离变压器为大电流开关中的功率晶体管提供电流，并调整这些晶体管的存储时间。

5、保护电路

5.1　过压保护与过流保护

输出监视器电路完成+5V开关模块的自检功能。来自+5V电流传感器和来自+5V电压传感器的信息与门限进行比较。

门限如下：最大输出电流：60A；最大输出电压：6V；最小输出电压：4.8V。

任何偏离这些门限的情况都会点亮+5V开关模块内的故障灯，并禁止可变脉宽调制器工作。这些门限可通过调节可变电阻R1、R22、R28来调整(R1调电压上限、R22调下限、R28调电流上限)。

5.2　软启动电路

为了避免通电瞬间出现很大的浪涌电流，损坏功率器件，电路要加软启动保护电路，即在主回路中接入限流电阻R2、可控硅SCR1，SCR1的控制极由高频变压器T1次级耦合经R、二极管CR1来控制。当加电时，由于R2的作用，对主回路中C1充电缓慢，不会出现很大浪涌电流，只有当。软启动后，输出电压上升到指定值，通过变换器耦合，SCR1导通，将R2短路，以免降低电源效率。R1的功率要足够大，以免SCR1失灵而烧坏。

6、5W60A电源模块的维修

6.1　故障现象及处理

二次雷达完全下电重新启动时CHB无法启动，CHB 5V电源模块告警灯亮，CHA LCP显示0301告警。查阅手册可知，0301告警表示各机电源故障或备机关，故障器件可能是备机的电源与MIS-1，主机的MIS-1。由于CHB 5V电源模块告警灯亮，所以确定问题出在CHB 5V电源模块上。更换CHB5V电源模块，CHB正常启动。

6.2　5V／60A电源模块的故障排除

(1)由于5V电源模块的工作电压是通过CS217模块将220V整流、滤波、稳压，然后通过外部模块CS237的一个继电器控制

供电的，所以为了让5V电源模块能够独立工作，必须要将CS217中4脚的+15V电压输出加到CSl79的20脚，另外还需在5V电源模块的交流电输入端(FLl的输入端)加上220Vae。

(2)给5V电源模块上电后，由于此时5V电源的输出并没有反馈到脉宽调制器SG3524，1脚电压为0V，其12、13脚输出信号的占空比为最大值，若电源电路正常，则在5V电源模块的输出端(P7口的1、2脚间)可测得一直流电压，说明该模块的硬件并无损坏，只是由于电源输出值超过保护电路的门限值而使电路处于保护状态。此时，调节可变电阻R1、R22、R28来调整校正基准(R1调电压上限、R22调下限、R28调电流上限)，消除有电位漂移及器件性能变化而引起的报警。

按照上述步骤，我们在5V电源模块的输出端没能测到输出电压，所以我们怀疑电源电路内部器件出现故障。

(3)我们首先按照信号流程的反过程，测试开关变压器Tl的输入端没有电压，测试大电流开关管Q1、Q2发现两个开关管都已被击穿，更换Q1、Q2后仍无输出，所以我们觉得故障应该出在开关模块CS179。

(4)于是我们开始检查开关模块CSl79，在测试脉宽调制器SG3524的输出时发现其12脚没有电压输出。更换SG3524后用示波器测试其12、13脚可看到Vpp约为2.3v，f为27kHz的两个相位相反的方波信号，根据分析SG3524已输出正常电压信号。

(5)测试双驱动器。用示波器测试U2 SG3627的9、14脚输出波形输出Vpp为1V，f为27kHz的两个相位相反的方波信号，证明SG3627工作正常。测试三极管Q1、Q2的集电极输出信号，测得Vpp为1.2V，f为27kHz的两个相位相反的方波信号，但是该方波波形不是规则的方波。我们把CSl79中的Q1、Q2焊出来用万用表测试各管脚正常，说明Q1、Q2是好的。此时，我们暂且认为双驱动器是正常的。

(6)更换SG3524以后我们尝试测开关变压器T1的输入端仍无电压输入，通过上面的测试我们可以肯定大电流开关管Q1、Q2是好的、双驱动器及前面电路也是好的，所以我们只能怀疑CS179中匹配变压器T1或是SG3629出问题，而变压器出问题的可能性较少，于是我们将SG3629也更换了。

至此，基本上可以确定开关模块CS179工作正常，但是上电后我们用万用表测试CS179的两个输出16和17脚、18和19脚间的输出发现其输出并不稳定，结合之前测试CS179三极管Q1、Q2的集电极输出信号时其波形不是很好，我们认为这两个问题可能是同一故障点引起的。

(7)在我们用示波器反复测试CS179上各信号时我们发现从CS217送过来的+15V工作电压并不是一个规则的直流电压，其波形有些地方有明显凹陷，于是我们依次更换了CS217整流桥堆和稳压电容。更换后+15V波形变得十分规则。