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

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3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4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5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6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 (preset level) 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 (trim pin) 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 (brick type packaging) 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Tyco Power Systems25W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（902.3 FIT）。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984,736 MTBF (1015.5 FIT) 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7篇

关键词：SIMPLE SWITCHER?易电源；美国国家半导体；LMZ14203；电源模块，

Power Modules in High-End Market Segments

Ralf Regenhold

（ Technical Marketing Manager Power Management Europe）

Abstract： The new SIMPLE SWITCHER? power modules from National Semiconductor reach the highest possible level of “Ease of Use” by integrating an inductor and a monolithic synchronous regulator within one power package. Professional power designers have far more requirements than “Ease of Use” related to design efforts, including: high ambient temperatures, requiring guaranteed performance and electrical specs; electrical emission （EMI） within international standards, reliable soldering; and vibration robustness.

This article describes how these high performance targets can be achieved in the following market segments: Industrial, medical, avionics and military, broadcast video and communication infrastructure.

Key words: SIMPLE SWITCHER?Easy Power Supply,；National Semiconductor；LMZ14203,；power module

工业领域、医疗领域、航空和军事领域、广播视频和通信基础设施领域等所有细分市场都要求高度可靠性，其对电源的要求近似。以下将介绍具体领域的性能要求，虽然面向不同市场，但实际上在所有的高端系统上这些要求大同小异。

1工业市场

工业应用要求电源的额定输入电压在24V，同时在电压瞬变到36V或者42V时也要能保证其全功能性。美国国家半导体的全新电源模块均可满足上述电压要求。不同的负载通常要求从5V至0.8V的不同电压值，为满足此类要求，最佳方案是采用一个二阶转换器。美国国家半导体的WEBENCH?电源结构设计工具使我们可以很好的分析在不同的中间总线电压下的总系统效率。

基于总效率，占位面积及方案成本可以对几类稳压器组合进行比较。给出的组合将受到一些限制，即在成本和效率间找到最好平衡。如果优化调谐旋钮移动了，将看到相应的其他解决方案。

选择好一个专用的解决方案，只要用一个稳压器就可以生成5V总线电压。所有的二阶稳压器都是从5V电压开始，产生几个负载点电压。在对项目优化过程中，为了降低解决方案成本，可以为低负载电流选择替换器件。图1所示的就是最终设计框图，可获得的总效率是82%。

工业应用中要求产品在环境温度高达85℃，没有外部散热片或风扇的情况下正常工作。在设计的第一阶段，LMZ14203即可展示美国国家半导体电源模块的出众性能，它能满足一般性需求。其输入电压为24V，输出电压为5V，输出电流为2.52A，在这样的条件下LMZ14203能获得的效率为87.7%，相应的功率损耗为PIC=1.75W。该电源模块采用了优化的封装，实现了极低的热阻抗，通过在模组背面加一个固态的外露焊盘就可以让PCB板均匀散热 （见图2）。

当热阻JA=19.3℃/W时，可以计算出结温增幅ΔTJ= JA x PIC = 33.8℃。这意味着在环境温度85℃的情况下，结温可以达到最高TJ operating =119℃。符合数据表规定的最高额定温度TJ max =125℃。PCB板上的实际热量分布可以借助WEBENCH“热仿真”来模拟，见图3（热成像）。

在选择相位时，通过降额曲线，模块的数据表可以帮助设计师估计出最大输出电流和最高环境温度。在85℃甚至更高的环境温度下，只有专为工业市场设计的模组会提供全负载电流，见图4（降额曲线）。 在环境温度达到106℃，Vin=5V，Vout=3.3V时，LMZ10504能够提供4A的全负载。

根据IEC 61132 PLC规范，此处将不讨论静电放电（ESD）、突发和浪涌，及电流注入等要求。本文涉及的测试，无需对系统鲁棒性有需求的保护电路，其电源设计可以独立完成。

2医疗和电信市场

该细分市场要求很高的系统完整性。敏感的信号链产品要求不受来自电源的电磁干扰。线性稳压器常用于支持模拟放大器和模数转换器。除此之外，数字处理单元还需高功率产品。只有开关稳压器能满足上述要求，因为其必须具有高效率及低能耗（ 低热阻） 。

通过集成所有的开关功率元件和全隔离电感，美国国家半导体电源模块实现了最小的电磁干扰，图5所示即为其关键路径图。开关稳压器都会存在高dI/dt的开关电流回路 。它们会像天线一样，带来高电磁干扰，因此必须尽可能小。

通过两个步骤以满足特性要求：

（1）画出电流环路，此时打开（环路1），关断（环路2）。注意两个环路各自独立，均非要径，也无需最小化。

（2）环路1和环路2中不重叠的支路 包含关键的高di/dt电流。在工作周期内，支路电流被认作直流电流（仅有很小的纹波），不会产生电磁干扰。因此只有局部的区域为高dI/dt（如图5中所标出），需要将其尽可能最小化以确保最低辐射。所以输入电容（Cin1）必须安装在尽可能挨近LMZ10504 VIN 引脚和接地裸焊盘的地方。

开关节点区域也很重要，通过在稳压器封装内集成电感器而得以优化。

基于这些优化设计，美国国家半导体的电源模块可以确保其数据表上列出的性能参数符合国际CISPR22（Class B）和EN55022标准要求，见图6（LMZ10504辐射电磁干扰图）。

3航空电子和军事市场

集成稳压器、电感器甚至在关键节点处的电容器对于此类应用的意义最大。器件和系统的故障应降到最低。此外，对每个负载稳压器都提供了最好的过温保护。符合RoHS标准的TO263封装铅含量达标，为了确保高抗振性，采用了单面裸焊盘。同时，正在申请国际标准兼容性认证。

为实现低能耗 及高可靠性，效率非常关键，而这仅有同步稳压器可以做到。尽管如此，效率仍很大程度上取决于输入和输出电压的差值。美国国家半导体的电源模块效率可以达到90%甚至更高。

例如:

LMZ10504 输入电压=5V 和输出电压=3.3V， 输出电流=3A ，效率（η）=95%

LMZ10504输入电压=5V和输出电压=1.8V，输出电流=2A，效率（η）=93%

LMZ14203输入电压=24V和输出电压=5.0V，输出电流=1.5A，效率（η）=90%

像FPGA和DSP这类高端数字处理单元要求快速瞬态响应，因为他们可能瞬时变更处理模式。这要求在模块内有专门的调节回路。图7（LMZ10504瞬态响应）示意了在从0.4A到3.6A的大负载瞬态电流变化时产生的2.5V输出电压偏差。

在支持模拟系统时，也要求低输出纹波。所有美国国家半导体电源模块的输出电容只需选用陶瓷电容，低等效串联电阻的电解电容或钽电容即可稳定工作。电源模块开关频率很高，最高可达到1MHz，同时又支持低等效串联电阻的电容，因此其输出电压纹波可以低至几个mV，见图8（LMZ10504输出电压纹波）。

4总结

美国国家半导体的新一代SIMPLE SWITCHER易电源电源模块的性能令其可以满足特定的高性能市场应用需求。未来，美国国家半导体将为市场开发出更多具有附加性能的电源模块，让用户获得更多的电压和功率选择，使他们的设计更加灵活。

电源模块范文第8篇

【关键词】STM32；DC/DC；PWM控制器；闭环控制

一、系统方案设计

本系统主要由2块DC/DC开关电源模块和单片机测控模块两部分构成。其中，DC/DC模块输入为24V直流电压，输出为8V直流电压信号。采用了Buck降压电路结构。测控模块采集电压和电流量，经过计算之后，使用STM32F103产生调整信号。保证电压和电流按照一定比例输出。每一个模块都是双环控制系统，分别为电压控制和电流控制，电压环为内环，电流环为外环，两个环路的信号共同通过SG3525进行脉宽调制，将输出的信号反馈回输入端，形成闭环控制系统。如图1所示：

均流电路：实际应用中，往往由于一台直流电源的输出参数不能满足要求，需要采用模块式电源，按照并联、串联方式，实现输出电压、输出电流、输出功率的扩展。在设计中使用了电源并联技术，但是简单的并联不能保证整个扩展后的系统稳定可靠的工作，电源模块存在“均流”问题。解决的方法对整个系统的稳定性、可靠性都有很大影响。本设计使用强迫均流法，该方法通过监控模块实现均流，实现方式主要有软件控制和硬件控制两种。其中软件方式比较容易实现，均流精度高。软件方式是通过软件计算，比较模块电流与系统平均电流，然后调整模块电压，使其电流与平均电流关系固定。

Buck变换器电路：采用SG3525作为Buck型拓扑的PWM控制芯片。SG3525是高性能固定频率电流模式控制器，专为离线和直流变换器应用而设计，只需最少外部元件就能获得成本效益高的方案，能进行精确的占空比控制。

二、电路分析与实现

1.DC/DC变压器稳压原理分析

系统共有两个DC/DC电源模块，输入是24V直流电压，调整负载电阻时要保证负载上的输出电压不变，即保证在8V。电路里使用了电压反馈和电流反馈，使整个系统形成稳定的闭环，如图2所示。

调整负载电阻的时候，根据欧姆定律，电路电流发生了变化（取自B点），为保证输出的电压稳定在8V，就需要采用单片机测控电路配合调节。单片机产生的PWM信号经LM331进行频率—电压转换后，电压信号与B路输入形成互补。为保证反馈的电压不变，只需调整SG3525PWM控制器输出固定脉冲占空比，使B端电压和PWM输出的电压保持平衡状态。

2.电流电压检测

如图3中所示，从DC/DC模块中电源的输出端取8V输出分压后的A（电压）、B（电流）信号，分别接到单片机STM32F103的两路AD通道上进行测量。另外一个电源模块也用同样的方法，测量其电流的输出。

3.均流方法分析

本系统采用强迫均流法，强迫均流法是通过监控模块实现均流，实现方法主要有软件控制和硬件控制两种。这里采用软件控制。

软件控制是通过软件计算，比较模块电流和系统平均电流，然后再调整模块的电压，使其电流与平均电流相等，这种方法易于实现，均流精度高。

实现的公式：设总电流I0；分电流：I1， I2； I0=I1+I2；I1= I0； I2=I1—I0；

使用测控模块输出的电压调整其中一个电源模块的电流为I0，那么另一个模块的电流自动变为I0，实现均流。

4.过流保护分析

本设计中电路保护功能的实现由两部分构成。其中一部分使用软件保护，一部分使用硬件保护。

软件保护部分使用测控模块检测电压信号，当发生短路故障，电压变为0，使用PWM转换后输出较小电压，然后循环检测，直到检测到电压不为0，说明短路故障已经修复，重新调整电源模块电流恢复原来的状态。如此可以实现短路故障的自动恢复功能。硬件保护部分使用了可控硅。如图4所示，当检测到E端有较高电压信号时，既满足控制级有足够的正向电压和电流的条件，同时也满足阳极电位高于阴极电位的条件，此状态使得Q5截止，Q6导通，在F端有电压输出。把F端电压加载到SG3525的软启动引脚。使得PWM输出关闭，调整反馈回路的电压。

图4 硬件保护模块

5.测控电路

该部分电路使用了STM32自带的3个通道的AD转换器，分别采集2个开关电源输出的电压和电流信号，该信号在CPU中处理后，得到调整结果，经过内部的PWM模块产生占空比可调的方波脉冲，该脉冲经过LM331模块进行频率和电压的转换，然后供给电源模块，和原来的模拟量电流输出进行平衡，以保证SG3525的输出稳定。

三、总结

采用Buck降压变换器为核心的并联开关电源供电系统，可以在负载不同时，通过设定自动控制两路开关电源按照任意电流比例输出。通过测试结果表明，该系统输出稳定，纹波小，精度高，有一定的应用意义。

【参考文献】

[1]张占松，蔡宣三.开关电源原理设计[M].北京电子工业出版社，1999.

[2]刘胜利.现代高频开关电源使用技术[M].北京电子工业出版社，2001.

[3]华伟.现代电力电子器件及其应用[M].北京交通大学出版社，2002.

电源模块范文第9篇

关键词：DC-DC；同步整流；BUCK结构；续流；均流技术

1 系统方案整体结构

该系统方案主要由两个BUCK变换器构成的DC-DC降压式电路、主控电路、采样电路、驱动电路以及PWM模块组成。主控芯片通过采样得到的电压电流参数来控制输出PWM波的占空比，进而控制开关管的开关频率，闭环控制电流电压，使其稳定输出。提高了供电的效率和稳定性。系统方案框图如图1所示。

2 各模块的设计与实现

2.1 DC-DC模块

系统方案的DC-DC模块采用是两个相同的BUCK拓扑结构，并且使电感始终工作在电流连续状态，否则闭环稳压时易振荡。另外，为了降低电路损耗，本系统方案选用导通电阻较低的开关管IRF3205（额定电流110A，耐压达55V，导通电阻小于8毫欧）。

对于BUCK电路滤波电感L1的计算如下：

为使输出电流连续且稳定，本设计选择L1=800uh。为了避免电感饱和，且更好地实现电感的储能功能，本设计选用外径为4.8cm的铁粉磁环绕制电感。由于电流可高达2-3A，为了降低电感线圈的发热损耗，选用2股直径为0.64mm的漆包线绕制。

2.2 MOS管驱动电路设计

如图3所示，MOS管驱动电路选用具有波形互补的可编程芯片IR2104，PWM波从2脚输入，HO和LO输出两路反相的PWM分 别控制两个MOS管的开断。

D5和C1/C2为自举二极管和自举电容，两者串联起到电流配合的作用实现电压自举，抬高VS的电位，使输出的PWM更稳定，同时二极管起到防止电流倒灌的作用。

2.3 电流采样电路

如图4所示，该部分选择高边电流采样的方案，高边电流采样要求放大器必须具备大动态输入范围以及高共模抑制比，所以采用TI公司专用高边电流采样芯片INA282；采样电阻选择耐高温，温度系数小，精度可控的康铜丝电阻。

INA282的增益为50，采样电阻阻值为RS，反馈电压为：

VIFB=50×RS×I0

考虑到单片机ADC的采样范围为0～2.5V，对应0～2.5A，根据公式可知RS=10毫欧。

2.4 过流保护电路

过流保护是由电流采样电阻、运算放大电路及保护电路组成。主要是通过运算放大电路采取采样电阻两端的电压，从而可以间接知道电阻两端的电流，利用LM358比较器，设定电路的阈值当电路中的电流值超过了指定的阈值时，此时整个电路的供电就断开了，从而起到了保护作用。

3 均流技术-PID算法

采样DC/DC模块1的输出电流I1，反馈控制DC/DC模块1的开关PWM波，使DC/DC模块1输出电流I1维持一固定值；采样负载两端电压V0，反馈控制DC/DC模块2的开关PWM波，是负载两端电压为定值V0。在负载电阻一定时，由于负载电压稳定，输出总电流I一定，又因DC/DC模块1的输出电流I1稳定，故可以确定DC/DC模块2的输出电流I2。从而可以实现均流的目的。

4 结束语

文章提出了一种DC-DC开关电源模块并联供电系统的技术方案，该设计方案采用多模块并联操作可以很好的解决市场上单一集中式电源；从实际的测试数据中，电路的供电效率达到了97.21%；电流的分配效果非常精准，可以很好的利用在开关电源的行业，电路结构简单，利用率高，具有很好的推广前景。

参考文献

[1]张天芳.开关电源的并联运行及其数字均流技术[J].淮海工学院学报，2006，15（1）：29-32.

[2]吴志明，孙道宗，黄孝远，等.程控开关电源并联供电系统的设计与实验[J].电子设计工程，2013，21（7）：108-111.

[3]阎石.数字电子技术基础[M].高等教育出版社，2006.

[4]杜炜，王聪，何安然.一种新型均流技术在并联BACK变化器中的应用[J].电力电子技术，2011，45（1）：9-12.

电源模块范文第10篇

关键词：UPS 双电源 模块化 电源 机房

中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0255-02

随着广播发射机自动化程度越来越高，在节目传送、自动控制、调制解调、自动调度等各个环节大量使用了计算机和数字化控制设备，对这些设备的供电质量和供电连续性也显得越来越重要，因此对于这些设备的供电普遍采用可靠性较高的UPS不间断电源。一套设计良好的UPS供电系统能为负载提供优质电源，保证电能质量，对发射机房的安全播出、检修维护和设备管理提供技术支持，但是传统的塔式UPS存在工作方式单一，维护困难，不便扩容，外观不整齐等缺点。随着UPS并联技术、整流技术、静态开关技术的更新发展，一种更为可靠的双电源模块化UPS近年开始普遍采用，下面就对我台发射机房应用的双电源模块化UPS的工作原理和应用方式进行探讨。

1 双电源模块化UPS的工作原理

1.1 双电源模块化UPS的组成

双电源模块化UPS是由机架、UPS功率模块、电池充电模块、静态开关模块、监控通讯模块、电池组及智能输出配电模块等组成。

其中UPS功率模块由传统UPS的整流、逆变以及相关控制电路等部分组成；电池充电模块负责控制电池组的充电电压、电流；静态开关模块是由双向可控硅和控制电路组成，是电源装置处于过载时的共用供电通道，是调整UPS处于逆变或者旁路的控制装置；显示通信模块是人机对话和网络化监控的平台，输出配电模块负责为输出负载配电，保护UPS电源。

1.2 双电源模块化UPS的工作原理

双电源模块化UPS工作原理如图1，它采用两路电源供电，主备用电源接入不同的电源系统，正常运行时主用电源为UPS模块供电，UPS模块通过逆变电路将交流电变换为直流电，通过充电模块为蓄电组持续充电，UPS模块中的逆变电路将直流电逆变为同频同相的交流电源，通过工作在主用回路的STS静态开关为负载供电。静态开关在主用市电正常时，工作在主用回路，由逆变器向负载供电。当主用市电中断、缺相或过载时，充电模块停止工作，UPS模块自动断开与主用市电连接，由蓄电池向UPS模块供电，经过UPS中逆变器逆变后向负载提供电源；当逆变器故障或蓄电池电压降低至门限电压时，静态开关瞬间切换至旁路工作状态，由备用电源直接向负载供电。静态开关是保证不间断电源的关键，要求它工作可靠，不会在切换过程中造成逆变器和市电之间出现短路现象。当UPS工作在旁路工作状态时，可以将检修旁路开关投入，负载由备用电源经过检修旁路供电，这时可以断开UPS市电开关和旁路开关，对全部UPS模块、充电模块及蓄电池组进行检修维护，当STS静态开关过载或其他原因造成切断时，值班人员可以采取紧急操作，手动切换至检修旁路供电，避免负载长时间停电。

UPS各模块之间的并联控制都会采用分散式逻辑控制方式，没有主机与从机之分，任何一个模块拨出或插入均不会影响其它模块的正常工作，按需构成N+1，N+X冗余系统，减少了系统本身和负载的风险系数，使负载受UPS保护时间全面提升。并且全部采用高安全性又易维护的热插拔技术，可以允许任何单个模块在不需停电的前提下任意投入或撤出并联单元，从而实现了并联系统的在线维护，同时无需专门的仪器或技术即可进行。既增加了整机工作的可靠性，又简化了用户维护难度。有利于增加设备运行可靠性并保障重要设备安全播出。此外模块化并联冗余的设计理念避免了资源浪费。在作者工作的短波发射台站有多个发射机房，因为全部采用了相同品牌的模块化UPS，都使用了相同型号和容量的UPS模块、充电模块、配电模块等，因此各个UPS之间的所有模块可以互为备用，无需再另行购买配件，避免了资源的浪费，节约了维护成本。

监控通信模块是UPS的控制器，能有效保证UPS长期不间断运行，起到监视、控制、智能管理的作用。对运行中的UPS自动进行检测，对设备故障自动诊断、发现和处理，并减少因故障或检修而造成的中断，同时作为发射机房电源系统的一部分，提供多种网络通讯接口RS232、RS485，以便进行远程后台监控。

智能输出配电模块与UPS主机配套使用，内部配置电压电流传感器、开关辅助触点，由监控通讯模块进行电压电流采集，监视开关工作状态，发生跳闸等故障时自动发出报警。

蓄电池组由40块铅酸免维护电池组成，每块额定电压12V，浮充充电电压±272V，容量根据负载实际情况和计划后备时间确定。

1.3 优缺点

双电源模块化UPS的设计理念十分新颖实用，适合用于负载容量大，负载集中度较高的数据中心、广播发射机房和电信机房等这些对供电质量要求极高的地方。UPS的重要组件全部采用模块化设备，具有高效节能，运行稳定，高可靠性以及维护扩容方便的特点。能有效提高设备运行安全系数，必将成为未来UPS发展的方向。

但其缺点是价格相对较高，较同容量普通UPS价格高出30%左右，这将不利于其大范围推广。

2 双电源模块化UPS在发射机房的实际应用

2.1 UPS进出线方式

根据负载容量和需求选择进出线方式，大于8kW的负载宜采用3进3出模式，即三相380V电源输入，三相380V输出，这样即可以提高UPS带载容量，也可以在UPS工作于旁路和检修旁路时使三相负载平衡，避免在旁路模式时单相负载过大导致进线电缆和UPS过载损坏。对于小于8kW的负载可以考虑采用3进1出或1进1出模式，即三相380V电源输入，单相220V输出，或单相220V电源输入，单相220V电源输出，但应考虑UPS电源回路和导线的载流量，留有足够大的载流余量。

2.2 输出配电方式

我台发射机房UPS配电全部采用PDU插座，智能模块化PDU具有可靠的性能，多样的定制化选择，多种保护能够满足发射机房对电源重要性的需求。发射机房的多种数字设备有不同的电源插头，有些进口设备的插头更加特殊，必须通过转接头才能使用，而定制化的PDU插座能够满足这些需求，IEC、德标、欧标等插座都可以进行定制，不需要再进行转接。浪涌保护、报警保护、滤波保护、过载防护、防误操作等功能对保护重要设备保障供电十分有利。通过选配的监视通讯模块还能监看PDU电源的开关和系统运行状态，更加智能化，全面解决机房无人化运行。

2.3 多台UPS的在线监控

智能化是UPS的主要目标之一，只有智能化才能对UPS本身各部件甚至主要的元器件进行有效的监视，对出现的故障用冗余措施处理，更好的提高UPS的可靠度。我台发射机房双电源配置了SNMP管理卡，采用HTTP协议、SNMP协议、TELNET协议等，通过TCPIP网络，在后台监控软件上可以对多台UPS的市电状态、电池状态、旁路状态、逆变状态、自检状态、开机状态和输入电压、输出电压、负载百分比、输入频率、电池电压、电池容量、电池放电时间、UPS机内温度、周边环境温度、报警信息、等等进行监控，具有实时报警、自动记录和告警弹屏功能，使UPS电源的运行情况一目了然，提高UPS电源保障系统的管理效率和管理品质。

3 结语

双电源模块化UPS采用抽屉式、高智能模块化设计，具有热插拔功能，不仅可以通过增减机柜内的模块来满足功率输出及可靠性要求，只要冗余允许还可以在线进行维护，必要时也可采用维修旁路工作，实现零维修时间。UPS模块采用均流并联技术，降低了单点故障的概率；功能丰富的后台监控软件能利用现有的TCPIP网络同时对多台UPS进行实时监控，自动记录运行状态，诊断故障情况，及时反映设备报警信息。双电源模块化UPS方便合理的设计，智能可靠的运行方式，对保障广播发射设备安全运行提供了可靠的技术保障。

参考文献

[1]周志敏，周纪海，纪爱华，UPS应用与故障诊断[M].中国电力出版社.

[2]谢拥华，程劲晖，通信用模块化UPS的选型与设计探讨[J].电信技术，2011年5期.