模块电源

　　模块电源是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器，其特点是可为专用集成电路（ASIC）、数字信号处理器 (DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列 (FPGA) 及其他数字或模拟负载提供供电。一般来说，这类模块称为负载点 (POL) 电源供应系统或使用点电源供应系统 (PUPS)。由于模块式结构的优点甚多，因此模块电源广泛用于交换设备、接入设备、移动通讯、微波通讯以及光传输、路由器等通信领域和汽车电子、航空航天等。

　　●设计简单。只需一个电源模块^[1]，配上少量分立元件，即可获得电源。

　　●缩短开发周期。模块电源一般备有多种输入、输出选择。用户也可以重复迭加或交叉迭加，构成积木式组合电源，实现多路输入、输出，大大削减了样机开发时间。

　　●变更灵活。产品设计如需更改，只需转换或并联另一合适电源模块即可。

　　●技术要求低。模块电源一般配备标准化前端、高集成电源模块和其他元件，因此令电源设计更简单。

　　●模块电源外壳有集热沉、散热器和外壳三位一体的结构形式，实现了模块电源的传导冷却方式，使电源的温度值趋近于小值。同时，又赋予了模块电源金玉其表的包装。

　　●质优可靠。模块电源一般均采用全自动化生产，并配以高科技生产技术，因此品质稳定、可靠。

　　●用途广泛：模块电源可广泛应用于航空航天、机车舰船、军工兵器、发电配电、邮电通信、冶金矿山、自动控制、家用电器、仪器仪表和科研实验等社会生产和生活的各个领域，尤其是在高可靠和高技术领域发挥着不可替代的重要作用。

　　1、输出电压的调节

　　对有TRIM或ADJ(可调节)输出引脚的模块电源产品，可通过电阻或电位器对输出电压进行一定范围内的调节，一般调节范围为±10％。

　　对TRIM输出引脚，将电位器的中心与TRIM相连，在所有＋S、－S管脚的模块中，其他两端分别接＋S、－S。没有＋S、－S时，将两端分别接到相应主路的输出正负极(＋S接＋Vin，－S接－Vin)，然后调节电位器即可。电位器的阻值一般选用5～10kΩ比较合适。

　　对ADJ输出引脚，分为输入边调节与输出边节。输出边调节与TRIM引脚的调节方式一样。输入边调节只能上调输出电压，此时将电位器的其中一端与中心相接，另一端接输入端的地。

　　2、输入保护电路

　　一般模块电源产品都有内置滤波器，能满足一般电源应用的要求。如果需要更高要求的电源系统，应增加输入滤波网络。可以采用LC或π型网络，但应注意尽量选择较小的电感和较大的电容。

　　为了防止输入电源瞬态高压损坏模块电源，建议用户在输入端接瞬态吸收二极管并配合保险丝使用，以确保模块在安全的输入电压范围之内。为了降低共模噪声，可以增加Y(Cy)电容，一般选择几nf高频电容。R为保险丝，D1为保护二极管，D2为瞬态吸收二极管(P6KE系列)。

　　3、遥控开/关电路

　　模块电源的遥控开关操作，是通过REM端进行的。一般控制方式有两种：

　　(1)REM与－VIN(参考地)相连，遥控关断，要求VREF<0.4V。REM悬空或与＋VIN相连，模块工作，要求VREM>1V。

　　(2)REM与VIN相连，遥控关断，要求VREM<0.4V。REM与＋VIN相连，模块工作，要求VREM>1V。REM悬空，遥控关断，即所谓“悬空关断”(－R)。

　　如果控制要与输入端隔离，则可以使用光电耦合器作为传递控制信号。

　　4、模块的组合

　　(1)并联扩容。将相同模块输出端并联，可使输出能力增强，但并联模块的输出电压要调整得比较一致，以保证相对均流，同时避免不必要的振荡。对有较大电流输出的模块，还可以仔细设计引线电阻，以达到均流效果。用这种方法并联的模块，不宜超过2个。同时，如果其中一块模块输出有故障，整个系统都将不能正常工作。并联扩容连接电路RL为负载。

　　(2)冗余热备份并联。将相同的模块输出端通过二极管后并联可使输出能力增强，以提高电源系统的可靠性。原则上如果配合相应输出报警电路，将模块放在可以拆卸的母线上，这样，出现故障的模块可以及时更换。用这种方法并联的模块，没有量限制。D一般为肖特基二极管。

　　(3)串联扩容。将相同模块输出端串联，可使输出电压倍增，功率也相应增加，而串联输出端须接二极管以进行保护。

　　5、铃流的备份使用

　　铃流发生器主要用于电话局交换机给电话用户提供振铃，一般是在偏置状态下使用。偏置可分为正偏置和负偏置。为了提高铃流系统的可靠性，需要对铃流进行备份。

? ? 按现代电力电子的应用领域，我们把模块电源划分如下：

? ? 绿色模块电源

? ? 高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了模块电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域

? ? 高频开关模块电源

? ? 通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

? ? (DC/DC)变换器

? ? DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源), 同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

? ? 不间断电源(UPS)

? ? 不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。

? ? 变频器模块电源

? ? 变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器, 将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。

? ? 逆变式模块电源

? ? 高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。

? ? 逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合, 整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。

? ? 高压直流模块电源

? ? 大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。

? ? 自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。

? ? 电力有源滤波器

? ? 传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。

? ? 分布式供电系统

? ? 分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。

? ? 分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。

　　由于各公司生产的模块电源的类别、系列、规格品种难以数计，故其功能特性和物理特性不尽相同，因此在安装、使用与维护方面亦各有不同，但应在以下几方面引起注意。

　　(1)打开包装后，应仔细核对各接线端子标识是否与随机所带的说明书相符，同时是否与订货合同约定的要求相符。如果不符，应立即与生产或销售单位联系，商讨处理办法。

　　(2)作为安装的步，必须将模块电源的金属外壳可靠接地，以确保安全，但不可误将外壳接在零线上。

　　(3)在安装完毕通电之前，应再次检查和核对各接线端子上的连线，确保输入和输出、交流和直流、单相和多相、正极和负极、电压值和电流值等正确无误，杜绝接反、接错现象的发生。

　　(4)对于大功率电源，一般均有两个或两个以上的“＋”输出端子和“－”输出端子。实际上，它们同属于一个输出电极，只不过为了使用户接线方便，它们内部是并接在一起。

　　(5)模块电源不允许长期处于满负荷工作状态。线性电源的使用率，应控制在60％以内；开关电源的使用率，应控制在80％以内，否则有可能造成模块电源人为的早期失效。

　　(6)对于模块电源，有些制造商出厂时在于可调端子(ADJ)间接有固定电阻。使用时须用户自配相应阻值的电位器，以取代该固定电阻。但要注意，当可调端子间处于开路状态时，决不允许加载。

　　(7)为达到充份散热效果，模块电源宜安装在空气对流较好的位置。一般要求线性电源工作电流在4A以上，或开关电源工作电流在7A以上时，应加装强制风冷。此外，在模块电源外壳上不允许放置其他物品。

　　(8)模块电源一般适用于以阻性为主的负载，若需要应用在以容性为主或感性为主的负载时，应事先在订货合同中加以说明，由厂方订做。

　　(9)对于高压模块电源，在使用过程及停电后10分钟之内，均不可触及高压危险区。

　　(10)模块电源选购原则：一般功率较大的宜选择开关电源，功率较小的选择线性电源。

　　(11)模块电源不可强行拆卸，强拆即坏。